Sciences · Chimie
Les oxydes
Un oxyde est un composé chimique formé d’oxygène et d’au moins un autre élément. La rouille, le sable, la chaux, le dioxyde de carbone et l’eau elle-même sont des oxydes.
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L'oxygène est l’élément le plus abondant de la croûte terrestre, dont il représente près de la moitié de la masse, presque toujours sous forme d’oxydes. Le quartz (SiO₂), l’alumine (Al₂O₃), les minerais de fer (hématite, magnétite) et l’eau (H₂O) en sont les principaux exemples. Presque tous les éléments forment au moins un oxyde, à l’exception de certains gaz nobles.
Comment se forment-ils ?
| Voie | Exemple |
|---|---|
| Combustion d’un métal | 2 Mg + O₂ → 2 MgO (lumière blanche éblouissante) |
| Combustion d’un non-métal | C + O₂ → CO₂ ; S + O₂ → SO₂ |
| Combustion d’un composé | CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O |
| Corrosion lente | 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ (rouille, sous forme hydratée) |
| Décomposition thermique | CaCO₃ → CaO + CO₂ (fabrication de la chaux, vers 900 °C) |
Ces réactions sont des oxydoréductions : l’élément est oxydé, le dioxygène réduit. Le mot « oxydation » vient précisément de là, avant d’être généralisé à toute perte d’électrons.
Nommer un oxyde
- Avec des préfixes indiquant le nombre d’atomes : monoxyde de carbone CO, dioxyde de carbone CO₂, trioxyde de soufre SO₃, pentoxyde de diphosphore P₂O₅.
- Avec le nombre d’oxydation en chiffres romains pour les métaux qui en ont plusieurs : oxyde de fer(II) FeO, oxyde de fer(III) Fe₂O₃, oxyde de cuivre(I) Cu₂O (rouge), oxyde de cuivre(II) CuO (noir).
- Pour les métaux à un seul degré d’oxydation, pas de précision : oxyde de magnésium MgO, oxyde d’aluminium Al₂O₃.
Le comportement acido-basique
C’est le critère de classement le plus utile.
| Type | Éléments concernés | En réagissant avec l’eau… | Exemples |
|---|---|---|---|
| Oxydes basiques | métaux, surtout alcalins et alcalino-terreux | donnent une base (hydroxyde) | Na₂O + H₂O → 2 NaOH ; CaO + H₂O → Ca(OH)₂ |
| Oxydes acides | non-métaux | donnent un acide | CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ; SO₃ + H₂O → H₂SO₄ |
| Oxydes amphotères | certains métaux (Al, Zn, Pb) | réagissent avec les acides comme avec les bases | Al₂O₃, ZnO |
| Oxydes neutres | quelques non-métaux | ni acides ni basiques | CO, N₂O, NO |
La règle générale : en allant de gauche à droite du tableau périodique, les oxydes passent du caractère basique au caractère acide. Voir acides, bases et pH.
Applications de ce comportement
- Pluies acides : le dioxyde de soufre et les oxydes d’azote rejetés par les combustions forment dans l’atmosphère de l’acide sulfurique et de l’acide nitrique (voir les pluies acides).
- Acidification des océans : le CO₂ dissous forme de l’acide carbonique, qui fait baisser le pH de l’eau de mer.
- Chaulage des sols : la chaux vive CaO ou éteinte Ca(OH)₂ neutralise les sols trop acides.
Les oxydes importants
| Oxyde | Formule | Intérêt |
|---|---|---|
| Eau | H₂O | oxyde d’hydrogène, solvant du vivant |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | photosynthèse, gaz à effet de serre (voir dioxyde de carbone) |
| Monoxyde de carbone | CO | gaz toxique, inodore, produit des combustions incomplètes |
| Dioxyde de silicium (silice) | SiO₂ | quartz, sable, verre |
| Oxyde d’aluminium (alumine) | Al₂O₃ | minerai d’aluminium (bauxite), corindon, rubis et saphirs |
| Oxydes de fer | Fe₂O₃, Fe₃O₄ | minerais (hématite, magnétite), rouille, pigments ocre |
| Oxyde de calcium (chaux vive) | CaO | ciment, mortier, sidérurgie |
| Dioxyde de titane | TiO₂ | pigment blanc des peintures, filtres solaires |
| Oxyde de zinc | ZnO | crèmes solaires et pommades |
| Dioxyde de soufre | SO₂ | polluant, conservateur du vin (sulfites) |
| Oxydes d’azote | NO, NO₂ | polluants des moteurs, précurseurs d’ozone troposphérique |
| Dioxyde d’uranium | UO₂ | combustible nucléaire |
Les rubis et les saphirs sont de l’alumine cristallisée (corindon) colorée par des traces de chrome (rubis) ou de fer et de titane (saphir bleu).
Les peroxydes et superoxydes
Dans certains composés, l’oxygène n’est pas au degré −II. Les peroxydes contiennent la liaison O–O (oxygène au degré −I), comme le peroxyde d’hydrogène H₂O₂ ou le peroxyde de sodium Na₂O₂. Les superoxydes, comme KO₂, régénèrent l’oxygène dans certains appareils respiratoires. Ce ne sont pas des oxydes au sens strict.
Extraire un métal de son oxyde
La métallurgie consiste souvent à réduire un oxyde :
- le haut fourneau réduit les oxydes de fer par le monoxyde de carbone : Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂ ;
- l’aluminium, trop réducteur pour ce procédé, est obtenu par électrolyse de l’alumine fondue (procédé Hall-Héroult, 1886), très gourmande en électricité.
Questions fréquentes
L’eau est-elle un oxyde ?
Oui. H₂O est l’oxyde d’hydrogène. C’est le produit de la combustion du dihydrogène : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.
Quelle est la différence entre oxyde et oxydation ?
L’oxydation est une réaction (perte d’électrons). Un oxyde est un composé contenant de l’oxygène. La formation d’un oxyde est une oxydation, mais une oxydation ne produit pas toujours un oxyde.
Pourquoi l’aluminium ne rouille-t-il pas ?
Il s’oxyde au contraire très vite, mais la couche d’alumine formée est fine, dense et adhérente : elle protège le métal en dessous (voir corrosion et rouille).