Notion de couple oxydant - réducteur - 1er s

 

Dans un bêcher contenant une lame de zinc $(Zn)$, versons une solution de sulfate de cuivre $(Cu^{2+}\;,\ SO^{2-}_{4}).$

 

 

La lame de zinc $(Zn)$ se recouvre rapidement d'une pellicule brun-rouge de cuivre $(Cu)$ sous forme naissante, et la solution de sulfate de cuivre se décolore

 

La décoloration et l'apparition de la pellicule brun-rouge indique que les ions cuivre $II$ $(Cu^{2+}$ sont passés sous forme métallique $Cu$ en gagnant des électrons

 

$Cu^{2+}\ +\ 2e^{-}\ \rightarrow\ Cu$

 

Dans le même temps, du zinc $(Zn)$ passe sous forme d'ions zinc $II$ $(Zn^{2+})$ en perdant des électrons ; la solution donne un précipité en d'une solution d'hydroxyde de sodium 

 

$Zn\ \rightarrow\ Zn^{2+}\ +\ 2e^{-}$

 

La réaction chimique responsable de cette transformation se traduit par l'équation :

$$Cu^{2+}\ +\ Fe(s)\ \rightarrow\ Cu(s)\ +\ Fe^{2+}$$

Dans un bécher contenant une lame de cuivre $(Cu)$, versons une solution de nitrate d'argent $(Ag^{+}\;,\ NO_{3}^{-})$

 

 

La lame de cuivre $(Cu)$ se recouvre rapidement d'une poudre noir d'argent métallique $(Ag)$ sous forme naissance, les ions argent $(Ag^{+})$ sont passés sous forme métallique $(Ag).$

 

Dans le même temps, du cuivre $(Cu)$ passe sous forme d'ions cuivre $II$ $(Cu^{2+})$, la solution se teinte légèrement en bleu

Il se produit un transfert d'électrons du cuivre $(Cu)$ aux ions argent $(Ag^{+})$ :

 

Les atomes de cuivre cèdent chacun deux électrons et se transforment en ions cuivre $(II)$ $Cu^{2+}$

$$Cu\ \rightarrow\ Cu^{2+}\ +\ 2e^{-}$$

 

Simultanément, les ions argent $Ag^{+}$ captent ces électrons et se transforment en atomes d'argent.

$$2Ag^{+}\ +\ Cu\ \rightarrow\ 2Ag$$

 

Les aiguilles formées sont constituées d'argent métallique $Ag(s).$

 

Le bleuissement de la solution est dû à la formation d'ions cuivre $Cu^{2+}.$

 

L'équation de cette réaction est :

$$2Ag^{+}\ +\ 2e^{-}\ \rightarrow\ 2Ag\ +\ Cu^{2+}$$

 

Le passage entre métal et cation métallique nécessite un transfert d'électrons, cette réaction est bien une réaction d'oxydoréduction.

$\bullet $ Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons au cours d'une transformation chimique 

 

$\bullet $ Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons au cours d'une transformation chimique 

 

$\bullet $ Une oxydation est une perte d'électrons 

 

$\bullet $ Une réduction est un gain d'électrons 

 

$\bullet $ Les réactions d'oxydoréduction sont des réactions de transfert d'électrons entre un oxydant et un réducteur.

Au cours de la $1^{\circ}$ expérience, nous avons vu que :

 

$Cu^{2+}\ +\ 2e^{-}\ \rightarrow\ Cu.$

 

Les ions $Cu^{2+}$ jouent le rôle d'oxydant.

 

Au cours de la $2^{\circ}$ expérience, nous avons vu que :

 

$Cu\ \rightarrow\ Cu^{2+}\ +\ 2e^{-}.$

 

$Cu$ joue le rôle de réducteur. 

 

On constante donc que selon les réactions il y a passage de l'ion $Cu^{2+}$ (oxydant) au métal cuivre $Cu$ (réducteur) ou l'inverse.  

 

Les ions cuivre et le cuivre métallique constituent un couple oxydant/réducteur ou couple redox, noté $Cu^{2+}/Cu.$ 

 

De manière générale, on appelle couple oxydant/réducteur ou couple redox, noté $Ox/Red$, deux entités chimiques qui se transforment l'une en l'autre par transfert d'électrons.

Dans certaines conditions, on peut transformer le cuivre (métal) en ion cuivre $II$ (ion métallique) correspondant et inversement.

 

Ceci se traduit par une seule demi-équation d'oxydoréduction : 

$$Cu^{2+}+2e\ \leftrightarrows\ Cu$$

 

Pour formaliser le passage de l'état oxydé à l'état réduit et inversement, on écrit la demi-équation électronique :

$$M^{n-}+ne^{-}\ \leftrightarrows\ M$$

Cette écriture est une schématisation, elle ne traduit pas la réalité car les électrons n'existent pas en solution aqueuse

$$\begin{array}{|l|l|} \hline \text{Couples redox}&\text{Demi-équations}\\ &\text{redox}\\ \hline Ag^{+}/Ag&Ag^{+}+e^{-}\ \leftrightarrows\ Ag\\ \hline Fe^{2+}/Fe&Fe^{2+}+2e^{-}\ \leftrightarrows\ Fe\\ \hline Ag^{+}/Ag&Ag^{+}+e^{-}\ \leftrightarrows\ Ag\\ \hline Cu^{2+}/Cu&Cu^{2+}+2e^{-}\ \leftrightarrows\ Cu\\ \hline Zn^{2+}/Zn&Zn^{2+}+2e^{-}\ \leftrightarrows\ Zn\\ \hline Na^{+}/Na&Na^{+}+e\ \leftrightarrows\ Na\\ \hline Al^{3+}/Al&Al^{3+}+3e^{-}\ \leftrightarrows\ Al\\ \hline \end{array}$$