LF : Aujourd'hui, quelles sont les techniques d'oxydation des métaux majoritairement utilisées par les industriels pour obtenir les différentes teintes des pigments (plutôt le fer, le manganèse et le titane) ? Et enfin, je pense ne pas avoir compris "qui est" le responsable de ces oxydations (eau ou oxygène ?).

[Cette question d'apparence simple a nécessité un travail important qui n'aurait rien donné de publiable sans les corrections et les apports de Jean-Louis, Physico-chimiste au CNRS. La réponse est une synthèse d'un dialogue dont un extrait est donné à la fin.]

Dtp (avec l'aide importante de Jean-Louis) :

Qu'est-ce qu'oxyder ?

C'est enlever des électrons, d'une façon ou d'une autre. Mais on peut les enlever de plusieurs façons. En général, c'est une action de l'oxygène, et au besoin avec un chauffage. L'eau ne sert que si l'on veut des hydroxydes (ex. : la rouille).

En fait, ça ne se voit pas à l'oeil, mais n'importe quel morceau de fer, cuivre, nickel, chrome, PROPRE et décapé est totalement oxydé en surface !!!

On peut oxyder avec d'autres corps que l'oxygène. Tous les sels métalliques (sulfures, carbonates,...) contiennent des métaux oxydés et des non-métaux comme le soufre, le carbone,...

L'oxydant, oxygène ou autre, accepte des électrons donnés par le réducteur, un métal en l'occurrence mais pas obligatoirement. On nomme cette passation une oxydoréduction.

Ce processus peut rencontrer des obstacles. Par exemple, l'oxygène peut se trouver "bien repu" dans un état d'équilibre stable tel qu'une paire ordinaire O₂ (lire Les orbitales), alors que faire pour le convaincre de partager des électrons avec un métal ? Et pourtant, cela fonctionne.

Oxydant, réducteur, acide, base :

sur ces termes,

Enfin il y a les conséquences chromatiques.

L'oxydation ET/OU l'apport d'autres non-métaux dont nous avons parlé peuvent provoquer les changements de couleur. Dans l'outremer par exemple, c'est le soufre qui distingue un feldspath ordinaire d'un bleu resplendissant - de formule théorique Na₈ [S₂|(AlSiO₄)₆] (lazurite). Même chose pour la famille des cadmiums (où le sélénium peut aussi jouer un rôle), ou le fer et le potassium (bleu de Prusse), ou le manganèse, le soufre et le baryum (ci-contre, le bleu manganèse, BaSO₄ · BaMnO₄), etc.

En résumant : pour les oxydes ou les sels, il est aujourd'hui impossible de prévoir à l'avance quelle sera la couleur d'un composé chimique donné. Il y a évidemment des recettes connues, pour obtenir une couleur donnée, on applique la recette connue. Point. LE cas particulier de l'aluminium qui possède un oxyde blanc (l'alumine), que l'on peut teinter quasiment comme on l'entend. Sinon, on fait avec ce que la nature donne.
Les couleurs que l'on peut obtenir avec le fer, le titane, ..., en les chauffant à l'air sont elles aussi empiriques. Elles vont dépendre de la composition chimique exacte de l'alliage, du traitement qu'on lui fait subir, notamment de sa durée. L'épaisseur de la couche oxydée joue elle aussi un rôle sur l'aspect final. Une conclusion qui n'en est pas une : il faut expérimenter et apprendre sur le tas, même si il existe des recettes classiques éprouvées et reproductibles.

Les couleurs !

En complément...

Emmanuel : Cela évoque le métier des patineurs de bronzes. Ils emploient différents acides pour oxyder le métal. C'est une profession assez recherchée.

Est-ce qu'un alcali peut aussi jouer un rôle, à l'instar d'un acide, dans une oxydoréduction ? Et si oui, lequel...
 

Jean-Louis : La plupart des métaux sont insensibles aux bases. Le seul métal courant que je vois c'est l'aluminium qui réagit vigoureusement. Par contre les sels métalliques en solution sont très sensibles aux bases, et donnent généralement de beaux précipités colorés.

Emmanuel : C'est marrant, cette couche oxydée toujours là. Ca a un rapport avec la peau du métal ?

Jean-Louis : Non, c'est une question de réactivité. Le fer s'oxyde dès qu'il voit un peu d'oxygène. Les gens qui travaillent sur les surfaces ont les pires difficultés à préparer des échantillons. Même sous ultravide, c'est coton.

Emmanuel : Quelle est l'action du sel (de table, NaCl) sur un métal ordinaire, du fer par exemple, pourquoi a-t-il cette tendance très prononcée à faciliter son oxydation ?

Jean-Louis : Il faut qu'il y ait des échanges électroniques entre l'oxygène gazeux de l'air et le fer solide qui y est exposé. Si tu rajoutes de l'eau, quelques gouttes suffisent :), il suffit d'un film de surface, les échanges se font déjà beaucoup plus facilement, car les gaz sont des isolants. Si tu rajoutes du sel, ou un acide, la conduction électronique devient fantastique, et tout se passe beaucoup plus rapidement.
Evidemment, dans l'eau ou en présence d'eau, on forme généralement des hydroxydes, genre Fe(OH)₂ ou Fe(OH)₃, et pas des oxydes simples genre FeO ou Fe₂O₃.

C'est pas simple. Il y a des ingénieurs qui ne s'occupent que des processus d'oxydation....

 

Le Vert-Galant oxydé, plus vert que jamais

(statue équestre en bronze du roi Henry IV, Pont-Neuf, Paris)

« les gaz sont des isolants »