Aurélie 02/07/12
 

 

   L'anodisation dure colorée,  bac S Asie 2012.

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l'aluminium présente, à l'état naturel, une couche superficielle d'alumine Al2O3 qui le protège de l'oxydation.  Cette couche naturelle, de quelques nanomètres d'épaisseur, est sujette à la détérioration. Une meilleure protection de l'aluminium contre la corrosion est obtenue en accroissant l'épaisseur de la couche d'alumine. Cette technique appelée anodisation consiste en une électrolyse en milieu acide.
Dans une cuve contenant une solution d'acide sulfurique 2H+ + SO42- la pièce d'aluminium est reliée à la borne positive d'un générateur de courant continu ; la borne négative du générateur est reliée à une électrode en plomb.
On peut colorer les pièces en aluminium au cours du processus : la coloration s'effectue par absorption dans les pores de la couche d'alumine d'un colorant. Le colmatage est la technique permettant l'obturation ou la fermeture des pores existants dans la couche d'oxyde. Cette opération est réalisée en immergeant les pièces anodisées dans de l'eau en ébullition pour favoriser la cinétique de la réaction.
Une couche d'alumine naturelle.
Une couche d'alumine se forme rapidement à chaud quand on expose l'aluminium à l'air. l'alumine se forme spontanément très rapidement quand l'aluminium est mis en contact avec un milieu oxydant comme l'oxygène de l'air.
Ecrire l'équation de la transformation chimique citée ci-dessus.
4Al(s) + 3O2(g) = 2Al2O3(s).
Quel réactif, de cette transformation chimique, limite la formation de la couche d'alumine ?
Le dioxygène de l'air est en large excès ; l'aluminium, rapidement recouvert d'alumine protectrice, est en défaut.
Augmentation de la couche d'alumine par anodisation dure.
Compléter le schéma en utilisant les termes utilisés dans le texte de l'introduction.

Il se produit un dégagement gazeux de dihydrogène sur l'une des électrodes.
Ecrire la demi-équation électronique correspondante. S'agit-il d'une oxydation ou d'une réduction ? Quel est le nom de l'électrode où se produit ce dégagement ?
La réduction de l'ion H+ a lieu à la cathode négative : 2H+aq + 2e- = H2(g).
Sur l'autre électrode,il se produit la réaction suivante : Al(s) = 3e- +Al3+aq.
Ensuite les ions aluminium réagissent selon la réaction :
2Al3+aq + 3H2O(l) = Al2O3(s) + 6H+aq.
Montrer que l'équation globale de la réaction est :  2Al(s) + 3H2O(l) = Al2O3(s) + 3H2(g).
6H+aq + 6e- = 3 H2(g). (1)
2Al(s) = 6e- + 2Al3+aq. (2)
2Al3+aq + 3H2O(l) = Al2O3(s) + 6H+aq (3).
Ajouter (1) +(2) +(3) :
6H+aq + 6e- +2Al(s) +2Al3+aq + 3H2O(l) = 3 H2(g) + 6e- + 2Al3+aq +Al2O3(s) + 6H+aq.
Simplifier :
2Al(s) + 3H2O(l) = 3 H2(g) +Al2O3(s).

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Exprimer la quantité d'électricité Q en fonction de l'intensité du courant I et de la durée Dt.
Q = I Dt.
Exprimer la quantité d'électricité en fonction de la quantité de matière d'électrons.
Q =n(e-) NA e.

Montrer que Q =
3n(Al) NA e.  En déduire que Dt = 3mAl NA e / (I M(Al)).
D'après les nombres stoechiométriques de : Al(s) = 3e- +Al3+aq.
n(e-) = 3n(Al)  ; d'où : Q =  3n(Al) NA e.
or n(Al) = mAl / M(Al) ; donc :
Q =  3mAl / M(Al) NA e.
Q =  3mAl / M(Al) NA e= I Dt ; par suite  Dt = 3mAl NA e / (I M(Al)).
On souhaite colorer une clé ( de serrure de porte ) en aluminium en y déposant une couche d'alumine d'épaisseur  h = 100 µm. Le volume d'alumine à déposer est V = 0,17 mL.
 On donne la masse volumique de l'alumine r = 3,0 g/mL.
Calculer la masse d'alumine à déposer.
mAl = V r = 0,17 * 3,0 = 0,51 g.
D'après le texte introductif, dire quel est le facteur cinétique mis en jeu au cours de la dernière étape.
"Cette opération est réalisée en immergeant les pièces anodisées dans de l'eau en ébullition pour favoriser la cinétique de la réaction"
La température est un facteur cinétique.










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