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Rouille du fer

CollègeChimieUne vitesse illustrative d’oxydation du fer régie par la présence d’eau, avec une réserve d’oxygène éventuellement limitée et un modèle simplifié de bilan de masse pour le Fe₂O₃ sec

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À propos de cette expérience

Comparez le fer exposé à l’air sec, plongé dans de l’eau sans oxygène, dans de l’eau au contact de l’air ou dans de l’eau salée au contact de l’air. Les conditions requises déterminent si la rouille se forme dans le modèle, tandis que le sel modifie la vitesse prescrite. L’oxygène peut s’épuiser dans un espace de tête fermé, reliant ainsi le changement chimique à une quantité limitée de réactif.

Objectifs pédagogiques

  • Vérifiez si, dans le modèle restreint, l’eau et l’oxygène sont tous deux nécessaires.
  • Distinguez une variation de la vitesse de réaction d’une limite stœchiométrique en oxygène.
  • Expliquez l’augmentation de masse du clou par l’incorporation d’oxygène, et non par la création de fer.

Comment l’utiliser

  1. 1Commencez l’exposition dans de l’air sec et dans de l’eau dépourvue d’oxygène. Comparez les variations de masse.
  2. 2Exposez le clou à l’eau et à l’air libre, puis comparez-le à un clou placé dans de l’eau salée au même moment.
  3. 3Scellez un petit volume d’air et laissez l’expérience aller jusqu’à son terme. Examinez l’oxygène restant.
  4. 4Augmentez le volume du volume d’air tout en gardant le même clou, puis comparez l’oxydation maximale possible.

Le modèle

Modèle de calcul approximatif en oxyde sec
Limite d’apport en oxygène dans un récipient fermé

Hypothèses

  • Le modèle transforme le fer en un substitut sec de Fe₂O₃ en utilisant 0,75 mole d’O₂ par mole de Fe. La rouille réelle est un mélange variable d’oxydes hydratés et d’oxyhydroxydes. L’eau permet la réaction dans le modèle, mais n’est pas pesée comme faisant partie de l’oxyde sec.
  • Le taux fixé est de 0,025 par jour, multiplié par un facteur de salinité et la fraction relative d’oxygène. Il est fourni à titre illustratif et ne prédit ni la durée de vie ni le taux de corrosion d’objets réels.
  • Un bocal scellé contient un gaz parfait à 298,15 K et 101,325 kPa. L’air libre renouvelle l’oxygène. Les films protecteurs, le pH, le contact galvanique, l’évaporation et les variations de masse de l’eau ne sont pas pris en compte.

À essayer en classe

  1. Q1Pourquoi la masse d’un clou peut-elle augmenter alors que la masse totale d’un bocal scellé reste constante ?
  2. Q2Pourquoi le sel ajouté cesse-t-il d’influer sur la quantité finale une fois l’oxygène épuisé ?

Foire aux questions

Les jours affichés permettent-ils de prévoir la vitesse à laquelle un vrai clou rouille ?

Non. La loi de vitesse est un modèle pédagogique choisi. Les vitesses réelles dépendent des surfaces des matériaux et des conditions environnementales.

Un récipient ouvert a-t-il une concentration d’oxygène illimitée ?

Sa fraction d’oxygène reste à la valeur sélectionnée grâce au renouvellement de l’air. La quantité consommée au fil du temps peut dépasser la quantité initiale présente dans l’espace de tête.