Une oxydoréduction, ou réaction rédox, est un échange d'électrons entre deux espèces. C'est le moteur de la respiration cellulaire, de la corrosion du fer, du fonctionnement d'une pile et de l'électrolyse industrielle.
Définitions
- Une espèce qui perd des électrons est oxydée.
- Une espèce qui gagne des électrons est réduite.
Cela ne se produit jamais isolément : si quelqu'un perd des électrons, quelqu'un d'autre les récupère. Toute oxydation s'accompagne d'une réduction.
L'espèce qui prend les électrons est appelée oxydant (elle oxyde l'autre). L'espèce qui les donne est appelée réducteur (elle réduit l'autre).
Le couple rédox
Une espèce oxydée peut être recyclée en sa forme réduite, et inversement. On note un couple rédox sous la forme Ox / Red, par exemple :
- Cu²⁺ / Cu : Cu²⁺ + 2 e⁻ ⇌ Cu
- Fe³⁺ / Fe²⁺ : Fe³⁺ + e⁻ ⇌ Fe²⁺
- H⁺ / H₂ : 2 H⁺ + 2 e⁻ ⇌ H₂
Chaque demi-équation montre comment l'oxydant capte des électrons pour devenir le réducteur conjugué.
Construire une équation rédox complète
On combine deux demi-équations en équilibrant les électrons. Exemple : la réaction d'une lame de cuivre dans une solution de nitrate d'argent.
Demi-équations : - Ag⁺ + e⁻ ⇌ Ag (réduction) - Cu ⇌ Cu²⁺ + 2 e⁻ (oxydation)
Pour équilibrer le nombre d'électrons, on multiplie la première par 2 :
2 Ag⁺ + 2 e⁻ → 2 Ag Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻
Somme : 2 Ag⁺ + Cu → 2 Ag + Cu²⁺
Le cuivre est oxydé, l'argent est réduit. La lame se recouvre d'argent métallique et la solution devient bleue (Cu²⁺).
Le nombre d'oxydation
Pour des cas plus complexes (pas d'ions monoatomiques évidents), on attribue à chaque atome un nombre d'oxydation (n.o.) qui mesure une charge fictive. Une réaction rédox change le n.o. d'au moins un élément.
Règles de base : - L'oxygène a généralement un n.o. de −II. - L'hydrogène a un n.o. de +I (sauf hydrures, où il vaut −I). - La somme des n.o. dans une espèce neutre vaut 0 ; dans un ion, elle vaut la charge.
Pourquoi cela compte
Les rédox sont partout : - Piles et batteries : on capture le flux d'électrons dans un fil. - Corrosion : le fer perd des électrons au profit de O₂ atmosphérique. - Métabolisme : le glucose est oxydé pour produire l'énergie cellulaire. - Électrolyse : on force une rédox non spontanée par un courant.
Comprendre les rédox, c'est comprendre une grande moitié de la chimie utile.