Pression d'oxygène de corrosion de quelques métaux
Partie
Question
Calculer les pressions partielles d'oxygène nécessaire pour oxyder l'aluminium, l'argent, le cuivre et l'or à 298 K et 1300 K.
Classer les métaux suivant leur pression partielle de corrosion.
Quels métaux sont corrodés à l'air à 300 K ? Quels sont ceux naturellement à l'abri de la corrosion ?
\(\Delta G°(\mathrm{kJ/mol})\) | 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.