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Les Oxydes UMBB 1. Définition On définit un oxyde comme un composé chimique composé d'oxygène avec un autre élément chimique. Par exemple, la rouille est de l'oxyde de fer et le corindon est de l'oxyde d'aluminium. La plupart des minéraux connus sur Terre sont des oxydes en fait et ils sont très répandus dans l'univers. Les oxydes peuvent aussi être synthétisés par oxydation. De manière générale, un élément est dit oxydé s'il a un degré d'oxydation positif, c'est-à-dire globalement s'il est sous forme de cation ; cependant, tous les composés ioniques ne sont pas des oxydes. La principale différence entre les oxydes et les autres composés ioniques (comme les sels) réside dans la liaison entre les éléments. 2. Nomenclature Oxydes métalliques Oxyde de M (M est à remplacer par le nom de l'élément métallique) Nous devons distinguer entre 2 cas : 1cas : Le métal n’a qu’un seul nombre d’oxydation (et ne forme donc qu’un seul oxyde) : Les alcalins (groupe I a : Na, K), les alcalino-terreux (groupe II a : Mg, Ca, Ba) et certains métaux des autres groupes du tableau périodique (Al, Zn, Ag). Les composés correspondants portent simplement le nom d’oxydes. 2 cas : Le métal a plusieurs nombres d’oxydation (et peut donc former plusieurs oxydes) : Cr, Mn, Fe, Ni,Au, Hg etc. On utilise un chiffre romain qui se trouve directement après le nom du métal et qui le nombre d’oxydation du métal dans l’oxyde correspondant. MO: oxyde métallique Règle: oxyde de M (valence) Exemples: MgO: oxyde de magnésium Na2O : oxyde de sodium Fe2O3: oxyde de fer (III).la valence est indiquée entre parenthèses pour Fe(II ou III), Hg (I ou II) Oxydes non-métallique Pour trouver le nom il faut trouve le rapport entre le nombre d'atome d'oxygène et le nombre d'atome de l'élément non-metallique s'impose, mettre par la suite le préfixe correspondant au rapport obtenu : XO: oxyde non-métallique règle: préfixe oxyde de X -1- Les Oxydes UMBB Rapport(O/NM) Préfixe 1/2 1/1 2/1 3/1 4/1 5/1 3/2 Hémi Mono Di Tri Tétra Pent Hémitri ou sesqui Formule Nom Cl2O CO2 CO NO2 P2O3 P 2 O5 Hémioxyde de soufre dioxyde de carbone monoxyde de carbone dioxyde d'azote Sesquioxyde de Phosphore Pentoxyde de Phosphore Exemples: 3. Propriétés Structure des oxydes Les oxydes ont une structure en général cristalline, bien que certains soient amorphes (comme le verre, forme amorphe de la silice). Dans les oxydes cristallisés, les liaisons entre les atomes sont partiellement ioniques, partiellement covalentes. Par simplification, on considère souvent des liaisons purement ioniques. Le caractère basique de l'oxyde va de pair avec son caractère ionique, le caractère acide avec son caractère covalent.Un oxyde ionique est basique, car il contient l'ion qui est hydrolysé en : Les oxydes covalents, et plus particulièrement les oxydes moléculaires, sont généralement de type acide : c'est-à-dire que le pH de la solution devient acide lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, ou alors qu'ils sont solubles en milieu basique : -2- Les Oxydes UMBB Tous les oxydes des métaux (oxydes basiques) sont solides. Ils sont pratiquement insolubles dans l’eau à l’exception de : Na2O,Li2O,K2O,CaO et BaO.Ces derniers réagissent facilement sur l’eau en formant des hydroxydes ou bases solubles. Na2O+H2O = 2NaOH hydroxyde de sodium D’une manière générale : oxyde basique +H 2O = base Les oxydes de non-métaux (oxydes acides) peuvent ètre des solides (P2O5, N2O5),des liquides (N2O3 )ou des gaz (SO2,CO2 ect…).Ils sont généralement solubles dans l’eau et forment des acides. N2O5 + H2O = 2HNO3 acide nitrique D’une manière générale : Oxyde acide + H2O =acide Tous les oxydes basiques réagissent sur les acides avec formation des sels correspondant et de l'eau et au contraire, Oxyde basique +acide = sel + eau Oxyde acide + base = sel + eau Examples: MgO+H2SO4 = MgSO4 + H2O CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O Remarque : o Les oxydes basiques n’ont pas d’action sur les bases. o Les oxydes acides n’ont pas d’action sur acides. Les oxydes amphotères manifestent les propriétés d'un oxyde basique en présence d'un acide et les propriétés d'un oxyde acide en présence d'une base. Oxyde amphotère +acide sel +eau Oxyde amphotère +Base sel +eau Exemples : ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O -3- Les Oxydes UMBB Un oxyde acide peut se combiner à un oxyde basique pour donner un sel et au contraire. Oxyde basique + oxyde acide = sel Exemple : CaO + CO2 = CaCO3 carbonate de calcium 4. Manipulation Préparation des oxydes : -Le matériel : Sodium. Entonnoir. Réchaud à alcool. Filet à asbeste. Calcium. Soufre. Les tubes essais. Eprouvette. A- Préparation d'un oxyde à partir d’un corps simple Les corps simples se combinent à l’oxygène dans des conditions différentes pour donner des oxydes : S + O2 = SO2 a)1ere expérience 1- On met un morceau de sodium sur un filet à asbeste, on le couvre par un entonnoir (car il y a des petites explosion), on le chauffe à l'aide d'un réchaud à alcool. Observation: le morceau de sodium commence à fondre et change de couleur du blanc vers le gris jusqu'au noir, il devient solide (poudre). Suivant la réaction: 2Na + ½ O2 Na2O -4- Les Oxydes UMBB Figure 1 : Préparation d'un oxyde à partir de Na 2- En suite, on met la poudre obtenue dans une éprouvette et on ajoute de l'eau distillée. En agitant soigneusement, on ajoute 2 à 3 gouttes de phénolphtaléine. Observation: la couleur de l'indicateur tend vers le violet qui veut dire que le milieu est basique, sous la réaction suivante: L’équation de la réaction : Na2O + H2O 2NaOH Eprouvett e Figure 2 : Oxyde basique +H2O=Base -5- Les Oxydes UMBB b) 2eme expérience 1- On refait l'expérience précédente avec le magnésium. Observation: Pendant l'expérience le magnésium ne change de couleur mais la réaction est la suivante: Mg + 1/2 O2 MgO Figure 3 : Préparation d'un oxyde à partir de Mg 2- En suite, on met la poudre obtenue dans une éprouvette et on ajoute de l'eau distillée. En agitant soigneusement, on ajoute 2 à 3 gouttes de phénolphtaléine. Observation: la couleur de l'indicateur tend vers le violet qui veut dire que le milieu est basique, sous la réaction suivante: MgO +H2O Mg(OH)2 -6- Les Oxydes UMBB Figure 4 : Oxyde basique +H2O=Base c) 3eme expérience 1- On met un morceau de soufre sur un filet à asbeste, on le chauffe à l'aide d'un réchaud à alcool. Observation: Lors la combustion se dégage une flamme de couleur bleu, et l’odeur piquante. La réaction: S + O2 SO2 2- On tien au dessus du soufre brûlant le papier de tournesol mouillé par l'eau distillée. Observation : La couleur du papier change vers le rouge qui signifie le milieu et acide. La réaction est : SO2 + H2O H2SO3 -7- Les Oxydes UMBB Figure 5 : Oxyde acide + H2O=acide B- Préparation d'un oxyde par décomposition d'un acide instable, d'une base instable et d'un sel a) 1ere expérience: On met dans une éprouvette un morceau de marbre (CaCO3), on verse 3ml de solution d'acide HCl. Observation: De nombreuses bulles d’air apparaissent c'est l'effervescent. Quand on introduit dans l'éprouvette une allumette inf lamée elle s'éteint à cause du gaz dioxyde de carbone. Les réactions : CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2CO3 H2CO3 H2O + CO2 -8- Les Oxydes UMBB Figure 6 : Préparation d'un oxyde par décomposition d'un acide instable Hcl c) 2eme expérience: 1- On prépare le précipité Cu(OH)2 en mélangeant les solutions de CuSO4 et NaOH dans une éprouvette. Observation: Le CuSO4 est un liquide bleu claire en additionnant le NaOH on a un gèle de couleur bleu plus foncé c'est l'hydroxyde instable Cu(OH)2 . La réaction: CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4 1- On place un peu de précipité sur un morceau de porcelaine et on chauffe à l'aide du réchaud à alcool. Observation: La couleur change du noir. La réaction: Cu(OH)2 + O2 CuO + H2O -9- Les Oxydes UMBB Figure 7 : Préparation d'un oxyde par décomposition d'une base instable NaOH d) 3eme expérience 1- On prépare dans une éprouvette le précipité d'hydroxyde ferrique Fe(OH)3 en mélangeant la solution du la solution de FeCl3 et NaOH. Observation: Le FeCl3 est un liquide orange en additionnant le NaOH on a un gèle de couleur rouge brique c'est l'hydroxyde ferrique Fe(OH)3 La réaction: FeCl3 + NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl B- on place un peu du dépôt sur un morceau de porcelaine et on chauffe à l'aide du réchaud à alcool. Observation: La couleur change du rouge brique au marron. Réaction est: Fe(OH)3 + O2 2FeO + 3H2O - 10 - Les Oxydes UMBB Figure 8 : Préparation de précipité d’hydroxyde ferrique C- Action des acides sur les oxydes On verse dans une éprouvette un peu d'oxyde magnésium MgO de couleur blanche, et on y ajoute par portion la solution HCl 0.1N, en agitant à chaque fois le mélange jusqu'à la disparition de l'oxyde. C’est un oxyde basique. L'équation de la réaction: MgO + 2HCl MgCl2 + H2O Figure 9 : Action de HCl sue MgO - 11 - Les Oxydes UMBB D- les oxydes amphotères On met dans deux éprouvettes de l'oxyde de PbO de couleur jaune, on ajoute dans la première du HCl et dans la deuxième une solution concentrée de soude jusqu'à la disparition de l'oxyde. Observation : Dans les deux éprouvettes on de l'eau et du sel qui veut dire que l'oxyde de PbO est un acide dans un milieu basique et le contraire donc c'est un oxyde amphotère. Les réactions: 1ere expérience : PbO + 2HCl PbCl2 + H2O 2eme expérience: PbO +2 NaOH Na2PbO2 + H2O Figure 10 : Oxyde amphotère +HCl - 12 - Les Oxydes UMBB Figure 11 : oxyde amphotère NaOH - 13 - Les Oxydes UMBB 5. Conclusion general A partir de l'état naturel, il est souvent inutile de faire réagir chimiquement un oxyde et un simple traitement physique sert à isoler l'oxyde. Les traitements chimiques servent plus souvent à séparer les métaux dans les oxydes multiples qu'a obtenir l'oxyde à partir d'un composé. Même si cette opération est souvent réalisée avec les sulfures métalliques de fer et de cuivre en particulier. En laboratoire on pourra précipiter l'oxyde du métal directement (rarement) ou en deux étapes l'hydroxyde ou le carbonate du métal et récupérer l'oxyde par grillage et élimination d'eau ou de CO2, et pour préparé un oxyde il y a plusieurs méthodes : - A partir d’un corps simple. - A partir de certain corps composés. - A partie des acides instables. - 14 -
