Pression d'oxygène de corrosion de quelques métaux

Partie

Question

  1. Calculer les pressions partielles d'oxygène nécessaire pour oxyder l'aluminium, l'argent, le cuivre et l'or à 298 K et 1300 K.

  2. Classer les métaux suivant leur pression partielle de corrosion.

  3. Quels métaux sont corrodés à l'air à 300 K ? Quels sont ceux naturellement à l'abri de la corrosion ?

preserveTableau 1. Enthalpie libre standard de formation des oxydes à partir des métaux à 298 et 1300 K.

\(\Delta G°(\mathrm{kJ/mol})\)

Al

Ag

Cu

Au

à 298 K

-1,06.\(10^3\)

-22,83

-259,17

87,35

à 1300 K

-192,38

26,27

-17,13

60,52

Solution détaillée

1. La réaction de corrosion d'un métal par le dioxygène est « naturelle » lorsque :

  • à température fixe : la pression partielle d'oxygène \(p\textrm{O}_{2}\) est supérieure à la pression partielle de corrosion \(p\textrm{O}_{2, \textrm{éq}}\) avec : \(p\textrm{O}_{2, \textrm{éq}}(T)=p°\times\exp(\frac{\Delta_\textrm rG°(T)}{RT})\), avec \(p°=1\textrm{ atm}\) (pression standard)

  • à pression partielle fixe : la température du système est inférieure à la température limite de corrosion \(T_L\) avec : \(p\textrm{O}_{2, \textrm{éq}}(T_L)=p°\times\exp(\frac{\Delta_\textrm rG°(T_L)}{RT_L})\)

métal

oxyde

\(p\mathrm{O_2~(atm)}\) à 298 K

\(p\mathrm{O_2~(atm)}\) à 1300 K

Al

\(\mathrm{Al_2O_3}\)

\(4.10^{^-186}\)

\(2.10^{-34}\)

Ag

\(\mathrm{Ag_2O}\)

\(1.10^{-4}\)

\(4.10^4\)

Cu

\(\mathrm{CuO}\)

\(4.10^{-46}\)

\(1.10^{-3}\)

Au

\(\mathrm{Au_2O_3}\)

\(2.10^{15}\)

\(4.10^{10}\)

2. Classement des métaux :

  • à \(298 \textrm K\) : le classement du plus stable au moins stable est : \(\textrm{Au}>\textrm{Ag}>\textrm{Cu}>\textrm{Al}\)

  • à \(1300 \textrm K\) : le classement du plus stable au moins stable est : \(\textrm{Au}>\textrm{Ag}>\textrm{Cu}>\textrm{Al}\)

3. La corrosion intervient dès que la pression environnante est égale ou supérieure à la pression de corrosion. Les pressions de corrosion sont souvent inférieures à la pression partielle de l'oxygène dans l'air \(p\textrm{O}_2=0\textrm,21\textrm{ atm}\). Dans le cas de cet exercice, seul l'or est naturellement à l'abri de la corrosion. Les autres métaux doivent donc être protégés. Pour cela on réalise le dépôt d'une couche protectrice : peinture, vernis, émail, film plastique ou autre. Dans le cas de l'aluminium, la couche d'oxyde d'aluminium \(\textrm{Al}_2\textrm O_3\) est elle-même protectrice. On parle alors de couche de passivation.