Notion

Couples et réactions d'oxydoréduction

Une réaction d'oxydoréduction est une transformation chimique au cours de laquelle il y a transfert d'électrons entre deux espèces chimiques. Ce transfert repose sur la notion de couple oxydant/réducteur.

Un réducteur est une espèce capable de céder un ou plusieurs électrons (il est alors oxydé). À l'inverse, un oxydant est une espèce capable de capter un ou plusieurs électrons (il est alors réduit). Ces deux espèces sont dites conjuguées et forment un couple noté par convention \(\text{Ox}/\text{Red}\), oxydant en premier.

\[\text{Ox} + n\,e^- \rightleftharpoons \text{Red}\]

Une réaction d'oxydoréduction globale est la combinaison de deux demi-équations issues de deux couples distincts, de sorte que les électrons cédés par le réducteur d'un couple soient intégralement captés par l'oxydant de l'autre : le bilan final ne contient aucun électron libre. Une demi-équation seule n'est jamais une réaction observable en solution.

Méthode d'équilibrage d'une demi-équation :

  1. Équilibrer les éléments autres que O et H.
  2. Équilibrer l'oxygène en ajoutant des molécules de \(\text{H}_2\text{O}\).
  3. Équilibrer l'hydrogène en ajoutant des ions \(\text{H}^+\) (milieu acide) — ou, en milieu basique, en ajoutant \(\text{H}_2\text{O}\) et \(\text{HO}^-\) des deux côtés.
  4. Équilibrer les charges en ajoutant des électrons \(e^-\).

Exemple : les couples \(\ce{Cu^{2+}/Cu}\) (\(\ce{Cu^{2+} + 2e^- = Cu}\)) et \(\ce{Zn^{2+}/Zn}\) (\(\ce{Zn^{2+} + 2e^- = Zn}\)) se combinent, une fois les électrons éliminés, en \(\ce{Cu^{2+} + Zn -> Cu + Zn^{2+}}\).

Pièges classiques :
  • Confondre le sens du transfert : le réducteur donne des électrons, l'oxydant les prend — une oxydation est une perte d'électrons.
  • Équilibrer la matière et oublier de vérifier la conservation de la charge globale une fois les électrons ajoutés.
  • Niveau CPGE : confondre le nombre d'oxydation, outil de comptage formel (attribution conventionnelle des électrons de liaison à l'atome le plus électronégatif), avec la charge réelle de l'espèce — dans \(\ce{CH4}\), le n.o. du carbone vaut \(-\text{IV}\) alors que sa charge réelle est nulle.

Niveau CPGE : le nombre d'oxydation généralise la définition électronique à des liaisons covalentes où l'électron n'est pas formellement isolable. Le sens d'évolution spontanée d'une réaction se prévoit alors via les potentiels standard \(E^\circ\) des deux couples (le couple de plus grand \(E^\circ\) impose son sens d'oxydant), reliés à la concentration par la formule de Nernst \(E = E^\circ + \dfrac{RT}{nF}\ln\dfrac{[\text{Ox}]}{[\text{Red}]}\).