L'oxydo-réduction

1. Réaction entre les ions cuivre II et le métal zinc

Expérience : Dans un bécher contenant une solution aqueuse de sulfate de cuivre, nous avons placé une barre de zinc. Vingt quatre heures plus tard, la couleur bleue a disparue et la solution est devenue transparente, tandis que la barre de zinc s'est recouverte d'une substance noirâtre. Que s'est-il passé ?

Prélevons une partie de la solution et versons y quelques gouttes d'hydroxyde de sodium. Un précipité blanc apparaît. Un excès de soude fait disparaître ce précipité, et nous montre que la solution contient des ions Zinc II.
Les ions Cu²⁺, responsables de la couleur bleue de la solution ont disparu, et se sont transformés en métal cuivre qui s'est déposé sur la surface du zinc. Ensuite, le cuivre en s'oxydant est devenu noirâtre.
L'équation bilan de cette réaction chimique peut donc s'écrire :

Zn + Cu²⁺   →   Zn²⁺ + Cu

Ce type d'équation se nomme une équation d'oxydo-réduction. Elle se caractérise par un transfert d'électrons d'un élément chimique vers un autre. La réaction d'oxydation du cuivre qui se passe ensuite, ne sera pas étudiée dans ce chapître.

2. Définition d'un oxydant

Un oxydant est une espèce chimique susceptible de capter un ou plusieurs électron(s).

Dans l'exemple précédent, nous voyons que c'est le cuivre qui a joué le rôle de l'oxydant en capturant deux électrons. Nous écrivons alors, ce que nous appelons une demi-équation chimique :

Cu²⁺ + 2e^-   =   Cu

Notons une particularité de cette demi-équation : La flèche habituelle a été remplacé par le signe "=", ce qui montre que cette demi-équation peut être utilisée, d'une façon générale, dans les deux sens.

2. Définition d'un réducteur

Un réducteur est une espèce chimique susceptible de perdre un ou plusieurs électron(s).

Dans l'exemple précédent, nous voyons que c'est le zinc qui a joué le rôle du réducteur en perdant deux électrons. La demi-équation chimique correspondante, s'écrit :

Zn   =   Zn²⁺ + 2e^-

3. Couple oxydo-réducteur

Par convention un couple oxydo-réducteur (encore appelé couple "redox") s'écrit en plaçant l'oxydant à gauche, et le réducteur à droite.

oxydant / réducteur

Les deux couples qui sont intervenus dans notre expérience sont :   Cu²⁺ / Cu   et   Zn²⁺ / Zn. Ce sont des couples simples, dont les éléments chimiques ne différent que par leur nombre d'électrons. Sachons cependant qu'il existe aussi d'autres couples moins simple à utiliser, tels que :   H⁺(aq) / H₂(g)   ou   MnO₄^-(aq) / Mn²⁺(aq)   et qui demanderons une approche différente.

4. Ecriture d'une demi-équation à partir d'un couple redox

Soit le couple oxydoréducteur suivant : Al³⁺ / Al
Pour que l'ion aluminium (III) deviennent un atome d'aluminium, il faut lui ajouter 3 électrons. l'équation s'écrira donc :
Al³⁺ + 3e^- = Al
En pratique l'écriture d'une demi-équation n'est pas toujours aussi simple. Nous allons donc présenter une méthode plus générale.

Exemple avec le couple S₂ / SO₄^2-

• Etape n°1 : On équilibre les atomes différents de l'oxygène et de l'hydrogène (ici les atomes de soufre).
  S₂ / 2SO₄^2-
• Etape n°2 : On équilibre les atomes d'oxygène en ajoutant des molécules d'eau.
  S₂ + 8H₂O / 2SO₄^2-
• Etape n°3 : On équilibre les atomes d'hydrogène en ajoutant des ions H⁺.
  S₂ + 8H₂O / 2SO₄^2- + 16H⁺
• Etape n°4 : On équilibre les charges électriques en ajoutant des électrons.
  S₂ + 8H₂O = 2SO₄^2- + 16H⁺ + 12e^-

Remarque : le signe "=" a remplacé "/" car la demi-équation est maintenant équilibrée.

Exercice : Ecrire la demi-équation d'oxydoréduction correspondant au couple MnO₄^- / Mn²⁺