Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif que lui, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Le terme « oxyde » désigne également l'ion oxyde O.

Un peroxyde est un oxyde contenant une plus grande quantité d'oxygène qu'un oxyde normal ; un sous-oxyde, un oxyde contenant une moins grande quantité d'oxygène qu'un oxyde normal.

Description

Un bel exemple d'oxyde (alumine) : le Star of Bombay, saphir de 182 carats (36,4 g) conservé au Smithsonian Institute

De manière générale, on définit un oxyde comme un composé chimique constitué d'oxygène avec un autre élément chimique moins électronégatif que lui.

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 en fait des oxydes et ils sont très répandus dans l'univers. Beaucoup d'oxydes ont une grande importance : le plus important d'entre eux est l'oxyde d'hydrogène qui n'est rien d'autre que l'eau.

Selon le composé associé à l'oxygène et son degré d'oxydation, l'oxyde est moléculaire (eau, dioxyde de carbone) ou cristallin avec une structure qui va d'une forte ionicité (Na₂O, CaO) à des solides semiconducteurs (FeO).

Les oxydes ont une structure, en général, cristalline, bien que certains soit amorphes (comme le verre, forme amorphe de la silice). Dans les oxydes cristallisés, les liaisons entre les atomes sont partiellement ioniques, partiellement covalentes et partiellement métalliques (surtout pour les degrés d'oxydation faibles des métaux de transition). Par simplification, on considère souvent des liaisons purement ioniques.

Une propriété importante des oxydes est leur comportement vis-à-vis de l'eau. Beaucoup réagissent avec l'eau pour donner des acides (d'autant plus forts que l'élément associé à l'oxygène est électronégatif ou fortement oxydé le cas extrême étant représenté par HClO4 mais on trouve aussi H2SO4) de l'autre côté on trouve des oxydes basiques avec en tête les oxydes alcalins, en particulier Na2O qui réagit avec l'eau pour donner NaOH : la soude caustique fortement basique (ne pas confondre avec la soude Na2CO3) et, entre les deux, on trouve les oxydes amphotères comme CuO ou Al2O3 qui selon le contexte se comportent comme les oxydes acides ou comme les oxydes basiques.

En métallurgie, les oxydes (plus généralement des composés d'acide à base d'oxygène comme les carbonates, sulfates et autres) sont le point de départ de la production de métal par réduction pour la plupart des métaux à l'exception notable du sodium préparé à partir de son chlorure. Voir électrochimie pour plus de détails.

Presque tous les métaux forment des oxydes au contact de l'oxygène. Du fait de son agressivité, le dioxygène les recouvre d'une fine couche d'oxyde. Cette couverture peut avoir pour effet de protéger le métal sous-jacent et on parle alors de passivation, ou au contraire représenter une vulnérabilité comme dans le cas du fer.

Enfin les oxydes font partie plus généralement de la famille des composés de l'oxygène au même titre que les peroxydes, les superoxydes et les ozonures.

Lien avec la notion d'oxydation

L'origine de la notion d'oxydation est due à la grande électronégativité de l'oxygène (dépassée uniquement par le fluor) et de sa situation d'élément le plus abondant sur la croûte terrestre. On considère formellement que dans les composés de l'oxygène avec l'élément il y a un transfert total d'électrons entre cet élément et l'oxygène de telle sorte que celui-ci ait la charge -2e. Le nombre d'oxydation de l'élément est alors la charge du cation obtenu pour réaliser cette condition.

Nomenclature des oxydes

Quand il existe différents oxydes d'un même élément E, on ajoute un préfixe au mot oxyde. Ce préfixe caractérise le rapport n_O / n_E des nombres d'atomes d'oxygène et de l'élément E :

Exemples

Oxydes métalliques :

Na2O : oxyde de sodium (seul oxyde possible) ;

MgO : oxyde de magnésium (seul oxyde possible) ;

Cr2O3 : sesquioxyde de chrome (nO / nCr = 3/2) ;

CrO3 : trioxyde de chrome (nO / nCr = 3).

Oxydes non-métalliques :

Cl2O : hémioxyde de chlore (nO / nCl = 1/2) ;

B2O3 : sesquioxyde de bore (nO / nB = 3/2) ;

P2O3 : sesquioxyde de phosphore (nO / nP = 3/2) ;

P2O5 : hémipentoxyde de phosphore (nO / nP = 5/2) ;

(CH3)3NO : oxyde de triméthylamine (seul oxyde possible) ;

SiO2 : dioxyde de silicium (silice) (nO / nSi = 2) ;

SiO : monoxyde de silicium (nO / nSi = 1).

Préparation

À 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'à 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 peut 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.

Utilisations

En tant que matériaux

Deux exemples d'utilisation d'oxydes : un verre (majoritairement SiO₂) teinté en bleu par un ajout d'oxyde de cobalt

Beaucoup d'oxydes ont des propriétés intéressantes comme :

semi-conducteurs : oxyde de fer(II) (FeO)

supraconducteurs : oxydes mixte de baryum de cuivre et d'yttrium (YBa2Cu3O7-δ)

réfractaires : oxyde de cérium(IV) (CeO2 ; point de fusion de 2 400 °C), alumine (Al2O3), oxyde de magnésium (MgO)

colorants : dioxyde de titane (TiO2), blanc pour la peinture, divers oxydes de chrome entre autres pour le verre

catalyseurs : alumine, zéolithes à base de silice (SiO2), oxydes de platine (catalyseur d'Adams…)

matériaux composites, céramique, ciments et verres : surtout la silice dans les verres, le calcaire/la calcite (CaCO3) dans les ciments

centrales nucléaires : on utilise les combustibles sous forme d'oxydes parce qu'ils sont plus maniables sous cette forme (l'uranium réagit spontanément avec l'air au-delà d'une certaine température.)

Dans des réactions chimiques

Préparation de métaux : Fer à partir de Fe2O3 et Fe3O4 (voir sidérurgie) Oxyde ferrique Aluminium à partir d’alumine (Voir réduction électrolytique de l'aluminium) Hydrogène à partir de l’eau Et beaucoup d’autres métaux parmi lesquels l’uranium, le tungstène, le molybdène, l’étain, le titane (en passant par TiCl4), le silicium pour ne citer qu’eux.

Fer à partir de Fe2O3 et Fe3O4 (voir sidérurgie) Oxyde ferrique

Aluminium à partir d’alumine (Voir réduction électrolytique de l'aluminium)

Hydrogène à partir de l’eau

Et beaucoup d’autres métaux parmi lesquels l’uranium, le tungstène, le molybdène, l’étain, le titane (en passant par TiCl4), le silicium pour ne citer qu’eux.

Réactions en chimie organique : Réactions d’addition d’organométalliques sur CO2 ou des cétones Réaction avec SO3 pour produire des sulfones Réaction d’oxydation par MnO4, CrO3 Déshydratation par P2O5 Catalyse, en particulier l’alumine et les zéolithes

Réactions d’addition d’organométalliques sur CO2 ou des cétones

Réaction avec SO3 pour produire des sulfones

Réaction d’oxydation par MnO4, CrO3

Déshydratation par P2O5

Catalyse, en particulier l’alumine et les zéolithes

En chimie minérale : Avec l’eau pour produire des oxoacides comme SO3 + H2O → H2SO4 Production de bases fortes Na2O Agent oxydants/transporteurs d’oxygène : oxydes d’azote, acide nitrique, permanganate, perchlorates (voir explosifs) Agent colorant des feux d’artifices (oxydes métalliques)

Avec l’eau pour produire des oxoacides comme SO3 + H2O → H2SO4

Production de bases fortes Na2O

Agent oxydants/transporteurs d’oxygène : oxydes d’azote, acide nitrique, permanganate, perchlorates (voir explosifs)

Agent colorant des feux d’artifices (oxydes métalliques)

En biologie : L’acide phosphorique à base d’oxyde de phosphore joue un rôle d’extrême importance en tant qu’élément de la structure de la molécule d’ADN et des transporteurs d’énergie comme l’ADP On a constaté que les cellules tueuses de notre système immunitaire sécrétaient du monoxyde d’azote pour tuer leur victime.

L’acide phosphorique à base d’oxyde de phosphore joue un rôle d’extrême importance en tant qu’élément de la structure de la molécule d’ADN et des transporteurs d’énergie comme l’ADP

On a constaté que les cellules tueuses de notre système immunitaire sécrétaient du monoxyde d’azote pour tuer leur victime.

Aspect environnemental

Du fait de leur pouvoir oxydant, de leur réaction avec l'eau ou de leur structure certains oxydes peuvent poser des problèmes environnementaux, dont notamment :

Effet de serre : dioxyde de carbone et eau.

Pollution atmosphérique nocive : oxydes d'azote, oxydes de soufre.

Pollution des eaux (rejets miniers acides, contamination par des nitrates)

氧化物，是负价氧和另外一个化学元素组成的二元化合物，例如氧化铁（Fe2O3）或氧化铝（Al2O3），通常经由氧化反应产生。氧化物在地球的地壳极度普遍，而在宇宙的固体中也是如此。

氧离子（O）是氢氧根（OH）离子的共轭碱，存在某些氧化物离子晶体中。自由的氧离子具强碱性（pKb ~ -22），在水溶液中是不稳定的。

氧化物中的氧元素应该呈负氧化态。如果含氧二元化合物中的氧为正氧化态，例如二氟化二氧（O2F2）和二氟化氧（OF2），则它们一般称为氟化物，而非氧化物。

性质

氧化物一般不导电。这属性最常以二氧化硅取得优势，况且硅能轻易氧化而成品能制造成晶体管。这是现代电脑科技的多数基本组成。 除碱金属外，金属氧化物一般难溶于水，可通过单质与氧化合，或灼烧金属氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等盐类得到。非金属氧化物容易发生水解。 可以与碱发生反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物；可以与酸发生反应生成盐和水的氧化物称为碱性氧化物；与酸和碱都可以发生反应，生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。非金属氧化物一般是酸性氧化物，金属氧化物一般是碱性氧化物，但也有少数例外，如高价氧化物七氧化二锰（Mn2O7）和三氧化铬（CrO3）等。 常见的氧化物 H2O H2O2 HO2 HO3 H2O3 HeO2 Li2O Li2O2 LiO2 LiO3 BeO B2O3 B6O CO2 CO C2O3 C3O2 C2O N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 O OF2 O2F2 Ne Na2O Na2O2 NaO2 NaO3 MgO MgO2 Al2O3 SiO SiO2 P4O10 P4O6 SO SO2 SO3 Cl2O ClO Cl2O3 ClO2 Cl2O6 Cl2O7 Ar K2O K2O2 KO2 KO3 CaO CaO2 Ca(O2)2 Sc2O3 Ti2O3 TiO2 Ti3O5 V2O5 VO2 V2O3 CrO5 CrO3 Cr2O3 CrO MnO Mn2O3 Mn3O4 MnO2 Mn2O7 FeO4 FeO3 FeO2 Fe2O3 Fe3O4 FeO CoO2 Co2O3 Co3O4 CoO Ni2O3 NiO CuO Cu2O ZnO Ga2O3 GeO GeO2 As2O3 As2O5 SeO2 SeO3 BrO2 Kr Rb2O Rb2O2 RbO2 RbO3 SrO SrO2 Sr(O2)2 Y2O3 ZrO2 Nb2O5 MoO3 MoO2 TcO2 Tc2O7 RuO2 RuO4 Rh2O3 PdO Ag2O AgO CdO In2O3 SnO SnO2 Sb2O3 Sb2O5 TeO2 TeO3 I2O5 I4O9 XeO2 XeO3 XeO4 Cs2O Cs2O2 CsO2 CsO3 BaO BaO2 Ba(O2)2 HfO2 Ta2O5 WO3 WO2 ReO3 Re2O7 OsO2 OsO4 Ir2O3 IrO2 PtO PtO2 PtO3 Au2O3 HgO Hg2O Tl2O3 Tl2O PbO Pb3O4 PbO2 Bi2O3 Bi2O5 PoO2 PoO3 At Rn Fr2O RaO Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds ↓ La2O3 Ce2O3 CeO2 Pr2O3 Pr6O11 Nd2O3 Pm2O3 SmO Sm2O3 EuO Eu2O3 Gd2O3 Tb2O3 Tb4O7 TbO2 Dy2O3 Ho2O3 Er2O3 Tm2O3 Yb2O3 Lu2O3 Ac2O3 ThO2 PaO PaO2 Pa2O5 UO2 U3O8 UO3 UO4 NpO2 Np3O8 Np2O5 PuO2 PuO4 Am2O3 AmO2 Cm2O3 CmO2 Bk2O3 BkO2 Cf2O3 CfO2 Es2O3 Es4O7 Fm Md No Lr