Action de l'oxygène sur les corps simples ou composés
Action de l'oxygène sur :
Alcalins : action violente, basse température, conduisant à la formation d'oxydes « normaux » \(\textrm M_2\textrm O\), mais aussi de peroxydes \(\textrm M_2\textrm O_2\), et de superoxydes \(\textrm{MO}_2\).
Alcalino-terreux : action violente également mais à température légèrement supérieure (\(400-500 °\textrm C\)) (par exemple, l'oxydation de la poudre de \(\textrm{Mg}\) a longtemps été utilisée pour les flashes photographiques). Les peroxydes sont d'autant plus stables que \(Z\) est élevé ; il faut chauffer \(\textrm{BaO}_2\) pour le dissocier en \(\textrm{BaO}+\frac{1}{2}.\textrm O_2\).
Colonne III :
Le bore \(\textrm B\) réagit totalement vers \(700 °\textrm C\) pour donner \(\textrm B_2\textrm O_3\) qui est liquide à cette température (\(\Delta H\sim-1254\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)).
L'aluminium \(\textrm{Al}\) réagit entièrement à la fusion (\(\sim700 °\textrm C\)) pour donner l'alumine \(\textrm{Al}_2\textrm O_3\), qui est solide (\(\Delta H\sim-1672 \textrm{kJ.mol}^{-1}\)). Ainsi, l'aluminium fondu est difficile à manipuler en présence d'air, car il forme en permanence des croûtes d'alumine.
Colonne IV :
Le carbone forme deux oxydes différents : \(\textrm{CO}\) et \(\textrm{CO}_2\).
dès \(\textrm{500 °C}\), \(\textrm{C (s)}+\textrm O_2 \textrm{(g)}\to \textrm{CO}_2 \textrm{(g)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H=-393\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)
dès \(\textrm{700 °C}\), \(2.\textrm{C (s)}+\textrm O_2 \textrm{(g)}\to2 .\textrm{CO}_2 \textrm{(g)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H=-221\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)
Le dioxyde de carbone, peu toxique et stable aux basses températures, se transforme en monoxyde (très toxique) à haute température.
Le silicium réagit entre \(500\) et \(800 °\textrm C\):
\(\textrm{Si (s)}+\textrm O_2 \textrm{(g)}\to2. \textrm{SiO}_2 \textrm{(g)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H=-836\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)
Ceci est utilisé en microélectronique pour fabriquer une couche d'isolant électrique (\(\textrm{SiO}_2\)) sur une couche de semiconducteur (\(\textrm{Si}\)).
Colonne V :
Le diazote réagit difficilement avec le dioxygène : la réaction de formation du monoxyde \(\textrm{NO}\) est endothermique et ne devient spontanée qu'au-dessus de \(2000 °\textrm C\).
Complément : Action de l'oxygène sur le diazote
A très haute température seulement (par exemple lors d'un arc électrique ou de la décharge d'un éclair, vers \(2000 °\textrm C\)), on a :
\(\textrm N_2 \textrm{(g)}+\textrm O_2 \textrm{(g)}\leftrightarrow 2.\textrm{NO (g)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H^ {\circ}_{298\textrm K}=+43 \textrm{kJ.mol}^{-1}\)
Comme cette réaction est endothermique, on comprend qu'il faille refroidir \(\textrm{NO}\) pour pouvoir le conserver, faute de quoi il redonne les réactifs, ou bien il réagit lui-même sur le dioxygène pour donner \(\textrm{NO}_2\).
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Par contre, dès que celle-ci est engagée, le monoxyde d'azote va se transformer en un mélange d'oxydes de degrés d'oxydation divers (\(\textrm N_2\textrm O\), \(\textrm{NO}\), \(\textrm{NO}_2\)) appelé «\(\textrm{NO}_\textrm x\)» et dont le rôle dans la pollution atmosphérique est bien connu.
Complément : Pollution par les NOx
\(\textrm{NO}\) est directement oxydable à froid par le dioxygène :
\(\textrm{NO (g)}+\frac{1}{2}.\textrm O_2 \textrm{(g)}\to\textrm{NO}_2 \textrm{(g)}\textrm{ }\textrm{ }\)(complète pour \(T<150 °\textrm C\))
A cause de cette réaction, on n'a jamais de \(\textrm{NO}\) pur dans l'air, mais plutôt un mélange de \(\textrm{NO}\), \(\textrm{NO}_2\) et autres, que l'on a pris l'habitude d'appeler « \(\textrm{NO}_\textrm x\)»
Dans la pratique, ce n'est pas cette réaction que l'on utilise pour obtenir industriellement des oxydes d'azote, nécessaires dans la fabrication des engrais et réactifs pour la chimie organique.
C'est cependant cette réaction-ci qui est à l'origine des problèmes d'émission des oxydes d'azote par les moteurs à combustion : en effet, des températures supérieures à \(2000 °\textrm C\) peuvent être atteintes très localement dans une flamme de combustion d'un hydrocarbure ; si de plus le mélange de gaz employé est pauvre en hydrocarbure et contient du diazote, alors on produit du \(\textrm{NO}\) et d'autres oxydes d'azote.
Le Phosphore et l'Arsenic donnent des oxydes de degrés d'oxydation divers :
à \(50 °\textrm C\) (réaction vive), \(4.\textrm{P (s)}+5.\textrm O_2 \textrm(\textrm{g)}\to\textrm P_4\textrm O_{10} \textrm{(s)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H=-3051\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)
à \(400 °\textrm C\) , \(4.\textrm{As (s)}+3.\textrm O_2\textrm{ (g)}\to\textrm{As}_4\textrm O_{6}\textrm{ (s)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H=-1296\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)
Colonne VI :
Le Soufre forme un dioxyde gazeux à \(450 °\textrm C\):
\(\textrm{S (g)}+\textrm O \textrm{(g)}\to\textrm{SO}_2 \textrm{(g)}\textrm{ }\textrm{ }\Delta H=-297\textrm{ kJ.mol}^{-1}\)
Mais, comme pour l'azote, cet oxyde peut se transformer partiellement en trioxyde \(\textrm{SO}_3\). Ceux-ci ont une importance capitale en chimie industrielle, car ils sont des intermédiaires-clés dans la synthèse d'acide sulfurique, un réactif très utilisé. Leur émission atmosphérique incontrôlée est un problème environnemental grave : les pluies acides.