Ça se passe chez vous

On voit souvent des métaux rouillés, sur des portes, de la vieille vaisselle, des cadenas, des plaques d’égout… Pourtant au départ c’était clinquant. Que s’est-il passé entre temps ?

La rouille : un mélange d’oxyde de fer Fe2O3 et d’hydroxydes de fer Fe(OH)3

Matériel :

• des clous en acier
• 4 verres ou gobelets en plastique (si vous ne voulez pas avoir à décaper vos verres après l’expérience, mais sans oublier le recyclage du plastique)
• de l’eau
• du sel
• de l’huile
• de l’eau déminéralisée ou distillée (on peut en acheter ou encore mieux la fabriquer chez soi)

Protocole :

• Mettez un clou un acier dans chacun de vos verres ou gobelets
• Laissez le premier tel quel, à l’air libre, il servira à de témoin à l’expérience
• Recouvrez le deuxième avec de l’eau du robinet
• Recouvrez le troisième avec de l’eau salée (vous pouvez aussi ajouter d’autres récipients et tester différentes concentrations en sel…)
• Recouvrez le dernier clou avec de l’eau distillée ou déminéralisée, puis verser doucement au-dessus (par les bords) un peu d’huile
• Attendez quelques jours puis observer !

De gauche à droite : clou à l’air libre, clou dans l’eau, clou dans l’eau salée, clou dans l’eau distillée recouverte d’huile

Résultats :

• Le premier clou, laissé à l’air libre n’a pas rouillé au bout de quelques jours.
• Dans le deuxième récipient, le clou aura un peu rouillé.
• Il y aura beaucoup plus de rouille dans le troisième.
• Et surprise dans le quatrième, le clou n’a pas rouillé !

Zoom sur de l’acier rouillé

Explications :

En réalité, ce ne sont pas les seules molécules d’eau (H₂0) qui sont à l’origine de la rouille. Ce sont surtout des ions, des espèces chimiques électriquement chargés (elles ont un ou plusieurs électrons en plus ou en moins que leurs homologues neutres), et le dioxygène dissous dans l’eau qui sont les coupables ! Ce phénomène est appelée une réaction d’oxydoréduction : un échange d’électrons entre un oxydant et un réducteur formant de nouvelles espèces chimiques.

L’eau que nous buvons n’est pas pure, elle contient en infime quantité des minéraux, par exemple des ions magnésium (Mg²⁺), sodium (Na⁺), chlorure (Cl^–). Elle contient aussi du dioxygène (O₂). Dans le cas dans l’eau salée, certains ions sont présents en grande quantité. Le clou est donc plus rouillé que dans le deuxième récipient.  Et oui, le sel, c’est du chlorure de sodium (Na⁺, Cl^– après dissolution dans l’eau).

Sans ces espèces chimiques, l’acier n’est pas attaqué et la rouille ne se forme pas. C’est ce qui se passe dans le quatrième récipient ! L’ajout d’huile permet d’empêcher l’oxygénation de l’eau déminéralisée ou distillée par le dioxygène ambiant dans l’air.

Variante :

Dans le quatrième récipient, on peut remplacer l’eau distillée ou l’eau déminéralisée par de l’eau bouillie (avec une casserole, un micro-ondes ou une bouilloire). Quand elle est portée à ébullition, l’eau voit son dioxygène s’échapper avec la vapeur.

Pour aller un peu plus loin :

• Même laissé à l’air libre, et selon l’humidité ambiante, un métal pourra se rouiller, à la longue. La formation est un phénomène lent, qui peut s’étaler sur des années.
• Tous les métaux ne seront pas attaqués de la même façon. Cela dépend de leur « potentiel rédox ». Plus un métal est réducteur, plus facilement il rouillera (il sera en effet plus enclin à être oxydé, à perdre des électrons…). Le fer et le zinc sont les métaux les plus oxydables. Les métaux les moins oxydables sont l’or et l’argent, ces métaux dits précieux peuvent traverser les siècles et les saisons sans trop craindre les attaques électrochimiques !