Chimie
inorganique
descriptive

Bloc p

Exercices  

Index

Je consulte
des ressources
sur iut en ligne

J'envoie des commentaires
sur la ressource

ÉTUDE DES FAMILLES D'ÉLÉMENTS : le bloc p

Connaissances ... nommer et situer ... la famille du carbone ou colonne 14 ...

La famille du carbone est très hétérogène car formée de non métaux (C), de métalloïdes (Si et Ge) et de métaux (Sn et Pb).
Les éléments de la famille du carbone ne donnent pas toujours des ions.

Les chimies des hydrures du silicium et du carbone diffèrent du fait de la polarisation opposée de la liaison :
C-H 2,5 / 2,2 (électronégativité de H inférieure) et Si-H 1,9 / 2,2 (électronégativité de H supérieure) aussi leurs dérivés auront des propriétés différentes.

Le carbone se présente sous différentes formes, le graphite, le diamant et il est présent dans l’anthracite (94%), la houille (70 à 90%), le lignite (65%) et la tourbe (60%).

Le graphite est réfractaire (creusets), lubrifiant, chimiquement résistant et conducteur (électrodes). Il est 100 000 fois plus conducteur dans le sens du plan des feuillets que perpendiculairement. Le diamant artificiel est obtenu sous 50 kbar et à 1200°C et il est plus dur que le naturel.

L’anthracite est un charbon très riche en carbone. La houille donne le coke par élimination des volatils (20 h à 1200°C).
Le lignite c’est formé au tertiaire par fossilisation de végétaux et la tourbe est de formation récente dans les marais.

Le carbone et le monoxyde de carbone sont utilisés comme réducteurs par transformation en CO ou CO₂

et réduisent la plupart des oxydes métalliques selon :        MO + C → M + CO     et     MO + CO → M + CO₂

Le diagramme d’Ellingham donne l'évolution de l'enthalpie libre d'une réaction (ici d'oxydation de métaux) en fonction de la température et permet de choisir la température à laquelle les oxydes peuvent être réduits et surtout s'ils peuvent être réduits par un autre métal.

La courbe de l'équilibre Ag + ½ O2 → Ag2O     est au dessus de celle de l'équilibre Cu + ½ O2 → CuO        aussi, lorsque l'on met en présence  Cu avec Ag2O, le cuivre s'oxyde  et réduit l'oxyde d'argent, de même, le fer réduit l'oxyde de cuivre et le chrome réduit l'oxyde de fer. On peut superposer les courbes correspondant au carbone car le monoxyde de carbone et le carbone sont des réducteurs couramment utilisés pour obtenir les métaux à partir de leurs oxydes. Ces courbes sont particulières car l'équilibre est multiple : C + ½ O2 → CO                       CO + ½ O2 → CO2                       C + O2 → CO2 on réduit le fer au dessus de 800°C.

On peut constater qu'au delà d'environ 800°C, le CO réduit l'oxyde d'argent, de cuivre et de fer mais l'oxyde de chrome ne pourra être réduit. Par contre, au delà d'environ 1300°C, le C réduit l'oxyde de chrome.

On observe que la courbe de l'équilibre      C + ½ O₂ → CO     est la seule à présenter une pente négative, en effet, le nombre de mole de gaz augmente de gauche à droite contrairement à par exemple      Cu + ½ O₂ → CuO    où il diminue. Le carbone est donc un réducteur très puissant mais il n'est pas parfait car il donne souvent des carbures avec les métaux (ce qui les fragilise).

Remarque : La réduction de l’oxyde de fer dans les hauts fourneaux permet de produire de la fonte par une succession de réactions que l'on présente le plus simplement possible.

vers 500°C                           2 Fe₂O₃ + CO  2 Fe₃O₄ + CO₂

entre 600 et 900°C             Fe₃O₄ + CO  3 FeO + CO₂                         et                   FeO + CO    Fe + CO₂         

entre 1300 et 1500°C         3 Fe + C  Fe₃C                    on obtient la fonte Fe₃C qui sera traitée pour donner les aciers