Par Chris Deziel – Mis à jour le 30 août 2022
La rouille, la corrosion rougeâtre familière du fer, n’est pas seulement un phénomène terrestre. Il a été identifié sur Mars, où les oxydes de fer donnent à la planète sa teinte caractéristique et font allusion à un passé plus humide et riche en oxygène.
La présence de rouille sur la surface martienne suggère que l’eau liquide existait autrefois en abondance et que l’atmosphère contenait suffisamment d’oxygène pour provoquer l’oxydation du fer. Comprendre la chimie sous-jacente aide les scientifiques à interpréter la géologie martienne et à évaluer l'habitabilité de la planète.
La rouille se forme lorsque le fer réagit avec l'oxygène en présence d'eau. La réaction globale peut s'écrire :
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
Cette équation équilibrée résume le processus en plusieurs étapes qui commence par la dissolution du fer solide et se termine par la formation d'hydroxyde de fer (III) hydraté, qui se déshydrate en Fe₂O₃·H₂O familier.
Lorsque le fer est exposé à un environnement aqueux, il subit une oxydation :
Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
Les électrons libérés réduisent l'oxygène dissous en présence d'ions hydrogène pour former de l'eau :
4e⁻ + 4H⁺(aq) + O₂(aq) → 2H₂O(l)
Les ions hydroxyde produits lors de la première étape se combinent avec Fe²⁺ pour produire de l'hydroxyde de fer vert (II) :
Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)₂(s)
Simultanément, Fe²⁺ est encore oxydé en Fe³⁺ :
4Fe²⁺(aq) + 4H⁺(aq) + O₂(aq) → 4Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l)
Enfin, Fe³⁺ réagit avec l'hydroxyde pour former de l'hydroxyde de fer(III) :
Fe³⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → Fe(OH)₃(s)
Lors de la déshydratation, Fe(OH)₃ donne le minéral de rouille Fe₂O₃·H₂O.
Pour équilibrer la réaction globale, comptez les atomes de chaque côté et ajustez les coefficients. En partant des réactifs Fe, O₂ et H₂O et du produit Fe(OH)₃, la forme équilibrée est :
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
Cette équation démontre que quatre atomes de fer, trois molécules d'oxygène et six molécules d'eau sont nécessaires pour produire quatre unités d'hydroxyde de fer (III).
La rouille est un indicateur clair des conditions environnementales passées sur Terre et, curieusement, sur Mars. En comprenant son cheminement chimique équilibré, les chimistes et les planétologues peuvent mieux interpréter la présence d'oxydes de fer dans divers contextes.