Le zinc

Le zinc
Propriétés physiques et mécaniques
Activité 1
Propriétés physiques :
Le zinc est un métal blanc bleuâtre, susceptible d’un très beau poli.
Température de fusion :
Température d’ébullition :
Masse volumique :
420 °C
910 °C
7,1g / cm3
1.
Comparez la fusibilité et la volatilité du zinc à celles de l’aluminium et du cuivre.
2.
Complétez : Le zinc se prête bien au moulage parce que sa température de fusion est très …………………...
Propriétés mécaniques :
Le tableau résume les propriétés mécaniques du zinc.
ductilité
malléabilité
ténacité
dureté
faible
Si t°< 150 °C, faible
Si 150° < t° < 180 °C,
assez élevée
médiocre
faible
3.
A quelle température peut-on obtenir des feuilles de zinc ? Peut on réaliser des fils fins de zinc ?
4.
Pourquoi le zinc est-il principalement utilisé sous forme d’alliages ?
Alliages du zinc :
Deux alliages sont largement utilisés en mécanique :
5.
-
Le zamack (Zn, Al, Cu) : tenace et dur, il se moule facilement. Il est utilisé pour la fabrication de pièces
compliquées (ex : carburateur) ;
-
Le kayem : il a une composition voisine de celle du zamack. Il est d’une grande dureté et permet la
fabrication d’outils d’emboutissage.
Recherchez dans un dictionnaire ou une encyclopédie d’autres alliages à base de zinc.
139
Le zinc
Caractéristique de l’atome de zinc
Activité 2
1.
Déterminez la place de l’élément zinc dans le système périodique.
2.
Déterminez le nombre d’oxydation du zinc en sachant qu’il ne forme qu’un seul oxyde de formule Zn0.
3.
Ecrivez l’équation électronique qui exprime le passage de l’atome de zinc à l’ion zinc.
140
Le zinc
Propriétés chimiques
Activité 3
Action du dioxygène de l’air
Expérience
Protocole de l’expérience :
Remplissez une cuillère à soupe de poudre de zinc. Saupoudrez au-dessus d’une flamme. Une fumée blanche se
forme. Certaines parties de la flamme sont colorées en vert. Le métal disparaît.
Document 1 : Combustion du zinc
1.
Pourquoi dit-on que cette réaction est une oxydation ?
2.
Ecrivez l’équation-bilan de l’oxydation du zinc par le dioxygène de l’air.
3.
Quelle doit être la température atteinte par le bec Bunsen ?
4.
De quel corps sont constitués les flocons blancs qui se forment ?
141
Le zinc
Action de l’air humide
A froid, le zinc est attaqué par l’action combinée de l’oxygène de l’air, de la vapeur d’eau et du dioxyde de
carbone. On attribue la formule suivante aux composés obtenus : 2ZnCO3,3Zn (OH)2. La diffusion de l’oxygène
à travers ce composé est très lente. En atmosphère non polluée, elle est de l’ordre de 1 mm tous les 1 000 ans.
Document 2 : Sur les toits de Paris… du zinc
5.
Pourquoi certaines toitures et la plupart des gouttières sont-elles réalisées en zinc ? Quels intérêts et quels
inconvénients présente l’utilisation de ce matériau ?
Action du chlore et du soufre
6.
Observez les documents 3 et 4.
Document 3 : Le zinc brûle dans le chlore
Document 4 : Combustion vive du mélange Zn + S
7.
Ecrivez les équations-bilans des deux réactions chimiques (documents 3 et 4). Quels dangers présentent ces
deux expériences ? Quelles précautions faut-il prendre pour les réaliser ?
8.
Déterminez l’oxydant dans chacune des deux réactions.
9.
Quelle est la propriété chimique du métal zinc ainsi mise en évidence ?
142
Le zinc
Action des bases fortes
Expérience
Protocole de l’expérience :
Dans un tube à essais placez un peu de grenaille de zinc et ajoutez quelques centimètres cubes de solution
concentrée de soude. Rien ne se produit.
Chauffez légèrement le tube : un gaz se forme sur la surface du zinc et se dégage. Les produits de cette réaction
sont le gaz dihydrogène, qui se dégage, et les ions zincate, de formule ZnO −2 , qui restent en solution.
Document 5 : Action d’une solution de soude sur le zinc
10. Comment peut-on caractériser le dégagement de dihydrogène ?
11. Ecrivez l’équation-bilan de la réaction chimique. (N’oubliez pas que la solution de soude a pour structure :
Na+ + OH-.)
12. Connaissez-vous un autre métal qui réagit également avec la solution concentrée de soude.
143
Le zinc
Action des acides non oxydants et des solutions ioniques
Expérience
Protocole de l’expérience :
Placez dans un tube à essais de la grenaille de zinc et ajoutez-y quelques cm3 d’une solution d’acide
chlorhydrique (concentration 5 mol / L environ). On constate un intense dégagement gazeux.
Munissez le tube à essais d’un tube à dégagement effilé et présentez une allumette à l’extrémité de ce dernier : le
gaz qui se dégage s’enflamme avec une légère détonation.
Document 6 : Réaction entre le zinc et l’acide chlorhydrique
13. Quel est le gaz combustible qui se dégage ?
14. Pourquoi faut-il attendre quelques secondes, afin que tout l’air initialement contenu dans l’appareil ait été
chassé, avant d’enflammer le gaz combustible ? Que risquerait-il de se produire si l’on négligeait de purger
l’appareil de son air ?
15. Quels sont les ions contenus dans la solution après la réaction ? Ecrivez l’équation-bilan de la réaction
(équation complète puis équation simplifiée, sans oublier que l’acide chlorhydrique en solution possède la
structure ionique : H+ + Cl-).
Versez quelques gouttes de solution d’hydroxyde de sodium dans la solution obtenue.
16. Qu’observez-vous ?
17. Ecrivez l’équation-bilan de cette réaction en précisant les noms des réactifs et des produits.
144
Le zinc
Expérience
Document 7 : Gravure d’une plaque de zinc
A la manière de la gravure à l’eau forte vous pouvez graver chimiquement une plaque de zinc.
Préparation de la plaque :
Nettoyez la surface de la plaque de zinc.
Recouvrez avec la cire d’une bougie allumée, le verso, le recto et les bords de la plaque.
Dessinez le motif (initiales, frise, …) à l’aide d’une pointe métallique.
Placez la plaque au fond d’un bécher.
Gravure de la plaque :
Sous une hotte, ou à l’air libre, versez quelques gouttes d’acide chlorhydrique sur le motif. L’effervescence
produite le long des contours détourés prouve que l’attaque chimique a commencé. La cire protège le reste de la
plaque.
Lorsque vous estimez que l’attaque chimique est suffisante, récupérez l’acide dans un bac et lavez la plaque à
grande eau.
Enlevez la couche protectrice de cire à l’aide d’une spatule : La plaque de zinc est gravée suivant le motif choisi.
18. Connaissez-vous d’autres métaux qui peuvent être gravés dans les mêmes conditions ?
145
Le zinc
Expérience
Protocole de l’expérience :
Plongez une lame de zinc décapée dans une solution de sulfate de cuivre. Au bout de quelques secondes, on voit
apparaître un dépôt sur la lame de zinc. Quand les grains grossissent, ils prennent une teinte rouge brique.
Au fur et à mesure que la réaction progresse, la couleur bleue de la solution s’éclaircit. Une fois que la solution
est devenue incolore, elle réagit avec une solution de soude en donnant un précipité blanc.
Document 8 : Réaction entre le zinc et les ions Cu2+
19. Dites quels sont les réactifs et les produits de cette réaction.
20. En vous référant à la classification électrochimique des métaux, expliquez et interprétez par des équationsbilans la réaction qui a eu lieu.
21. Ecrivez l’équation de la réaction qui permet de caractériser les ions Zn2+ par la solution de soude.
146
Le zinc
Action des acides oxydants
Expérience
Protocole de l’expérience :
Le zinc réagit avec l’acide nitrique concentré, tout comme le cuivre.
Vapeurs nitreuses rousses abondantes
qui apparaissent à la sortie du tube
Dégagement de monoxyde
d’azote NO incolore
Solution d’acide nitrique
HNO3
Grenailles de Zn
Document 9 : Action d’une solution d’acide nitrique (HNO3 ) sur de la grenaille de zinc
22. Ecrivez l’équation-bilan de la réaction entre l’acide nitrique et le zinc.
23. Ecrivez l’équation-bilan de la réaction entre le monoxyde d’azote et le dioxygène de l’air.
147
Le zinc
Applications dans la vie quotidienne des différentes propriétés du zinc et de ses alliages
24. Quelles sont les propriétés physiques, mécaniques et chimiques exploitées dans les applications du zinc et de
ses alliages ? Complétez le schéma ci-dessous.
Schéma des usages du zinc
Pièces moulées
Propriétés :
Pièces pour moteurs d’automobiles
Propriétés :
Zincage
Propriétés :
Gravure
Propriétés :
Toiture
Propriétés :
25. Précisez la signification du mot zincage. Comment réalise-t-on un zincage ? Quel intérêt présente cette
opération ?
148
Le zinc