Oxydes de la période 3

Liaison dans les oxydes de la période 3

Pour commencer, examinons la liaison dans les oxydes de la période 3. Cela nous aidera à mieux comprendre les propriétés et les réactions des oxydes de la période 3 lorsque nous les étudierons plus tard.

En général, lorsque tu te déplaces de gauche à droite de la période, la liaison dans les oxydes de la période 3 passe d'ionique à covalente. Cela est dû à la différence d'électronégativité entre l'élément de la période 3 et l'oxygène.

Oxydes métalliques

_Na2Oet MgO sont des composés ioniques. Cela s'explique par la grande différence d'électronégativité entre le métal et l'oxygène. Ils sont constitués d'un treillis géant où alternent des ions métalliques positifs et des ions d'oxygène négatifs.

_Al2O3 est également ionique mais présente un caractère covalent. Bien que la différence d'électronégativité entre l'aluminium et l'oxygène soit suffisamment importante pour permettre un transfert d'électrons, formant ainsi une liaison ionique, l'ion aluminium est assez petit et possède une densité de charge élevée. Cela signifie qu'il est partiellement capable d'attirer l'une des paires d'électrons de l'ion oxygène, ce qui déforme le nuage d'électrons de l'ion oxygène. La paire d'électrons commence à se comporter un peu comme une paire d'électrons partagée.

Oxydes non métalliques

_SiO2 est une macromolécule covalente géante. La différence d'électronégativité entre le silicium et l'oxygène n'est pas très importante, et le _SiO2 se lie donc de façon covalente. Il est constitué d'un réseau géant d'atomes de silicium et d'oxygène reliés par des liaisons covalentes.

_P4O10, _SO2 et _SO3 sont également liés par des liaisons covalentes. Cependant, ils forment de simples molécules covalentes au lieu d'une macromolécule covalente géante.

Fig. 1 - L'électronégativité dans le tableau périodique

Les propriétés des oxydes de la période 3

Ensuite, voyons comment la structure et la liaison des oxydes de la période 3 affectent leurs propriétés. Nous nous intéresserons en particulier au point de fusion et à la conductivité électrique. Nous examinerons également l'état d'oxydation.

Point de fusion des oxydes de la période 3

Les oxydes métalliques de la période 3 ont des points de fusion élevés, tandis que les oxydes covalents simples ont des points de fusion bas. Cependant, la macromolécule géante _SiO2 a un point de fusion très élevé.

Oxydes métalliques

_Na2O, MgO et _Al2O3 ont des points de fusion élevés. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit de composés ioniques, maintenus ensemble en tant que solide par une forte attraction électrostatique entre leurs ions métalliques positifs et les ions négatifs de l'oxygène. Le MgO et l'_Al2O3 ont des points de fusion plus élevés que le _Na2Oparce qu'ils contiennent des ions métalliques plus chargés.

Oxydes non métalliques

_SiO2 a un point de fusion très élevé parce qu'il s'agit d'une macromolécule covalente géante. Il est constitué d'un réseau d'atomes de silicium et d'oxygène s'étirant dans toutes les directions, maintenus ensemble par de fortes liaisons covalentes. Pour faire fondre le _SiO2, il faut surmonter ces liaisons covalentes, ce qui nécessite beaucoup d'énergie.

_P4O10, _SO2 et _SO3 ont des points de fusion bas. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit de simples molécules covalentes. Bien qu'il existe de fortes liaisons covalentes au sein des molécules, les seules forces qui maintiennent les molécules ensemble en tant que solide sont de faibles forces intermoléculaires, qui ne nécessitent pas beaucoup d'énergie pour être surmontées. Le point de fusion du _P4O10 est plus élevé que celui du _SO3, qui a lui-même un point de fusion plus élevé que celui du _SO2 parce qu'il s'agit d'une molécule plus grosse.

Conductivité électrique

À l'état solide, aucun des oxydes de la période 3 ne peut conduire l'électricité. Cependant, cela change dans d'autres états.

Oxydes métalliques

Les oxydes métalliques de la période 3 (_Na2O, MgO et _Al2O3) peuvent conduire l'électricité lorsqu'ils sont fondus ou aqueux. Rappelle-toi que les oxydes métalliques sont constitués d'un réseau ionique d'ions métalliques positifs et d'ions oxygène négatifs. À l'état solide, ces ions sont fermement fixés en place par une forte attraction électrostatique, et il n'y a donc pas de particules chargées libres de se déplacer. Cependant, lorsqu'ils sont fondus ou aqueux, une partie de l'attraction électrostatique est surmontée, et les ions peuvent se déplacer et porter une charge.

Oxydes non métalliques

Les oxydes non métalliques de la période 3 (_SiO2, _P4O10, _SO2 et _SO3) ne peuvent conduire l'électricité dans aucun état. C'est parce qu'ils ne contiennent pas de particules chargées qui peuvent porter une charge.

L'état d'oxydation

Essayons maintenant de déterminer les états d'oxydation des oxydes de la période 3.

Plus tôt dans cet article, nous avons examiné les électronégativités relatives de l'oxygène et des éléments de la période 3. L'oxygène est plus électronégatif que tous ces éléments. Cela signifie que lorsqu'il s'agit d'oxydes de la période 3, l'oxygène prend toujours l'état d'oxydation inférieur. La somme des états d'oxydation d'un composé neutre est toujours égale à zéro, ce qui nous permet de calculer les états d'oxydation de l'élément de la période 3 concerné. Ce tableau devrait t'aider :

Fig. 2 - Les états d'oxydation des oxydes de la période 3

Réactions des oxydes de la période 3

Les oxydes de la période 3 ont un point commun : ils contiennent tous de l'oxygène. Cependant, cela ne signifie pas qu'ils réagissent de la même manière. Dans cette prochaine section, nous allons voir comment les oxydes de la période 3 réagissent avec l'oxygène, les acides et les bases. Pour cela, il faut tenir compte de leur nature acide-base.

Les oxydes métalliques situés à gauche de la période 3 ont tendance à être basiques, tandis que les oxydes non métalliques sont acides. _Al2O3 se trouve au milieu et est amphotère.

Réactions des oxydes de la période 3 avec l'eau

En général, les oxydes métalliques de la période 3 sont de nature basique. Cela signifie qu'ils réagissent avec l'eau pour produire un hydroxyde, formant ainsi une solution basique. En revanche, les oxydes non métalliques de la période 3 sont de nature acide. Ils réagissent avec l'eau pour former un acide.

Oxydes métalliques

_Na2Oet MgO réagissent avec l'eau pour former des hydroxydes. Ils le font en raison de leur liaison ionique. Ils contiennent des ions oxyde (^O2-) fortement basiques grâce à la grande différence d'électronégativité entre le métal et l'oxygène. L'ion oxygène peut accepter un ion hydrogène de la solution, agissant ainsi comme une base.

• _Na2Oréagit avec l'eau pour former NaOH, qui se dissocie en ions ^Na+ et ^OH-.
• MgO réagit avec l'eau pour former Mg(OH₎₂, qui est peu soluble et se dissocie partiellement en ions ^Mg2+ et ^OH-.

Voici les équations :

$$ Na_2O(s)+H_2O(l)\rightarrow 2NaOH(aq) $$

$$ MgO(s)+H_2O(l)\rightarrow Mg(OH)_2(aq) $$

En revanche, _Al2O3 est insoluble dans l'eau et ne réagit donc pas du tout.

Oxydes non métalliques

_P4O10, _SO2 et _SO3 réagissent avec l'eau pour former des acides. Parce qu'ils sont liés de façon covalente, ils ne contiennent pas d'ions oxygène et ne peuvent donc pas agir comme des bases. En revanche, ils sont capables de donner un ion hydrogène en solution, ce qui signifie qu'ils agissent comme un acide.

• _P4O10 réagit avec l'eau pour former _H3PO4, qui se dissocie partiellement en ^{ions H+} et _H2PO4-.
• _SO2 réagit avec l'eau pour former_H2SO3( acide sulfureux ), qui se dissocie partiellement en ^{ions H+} et _HSO3-.
• _SO3 réagit avec l'eau pour former _H2SO4 (acide sulfurique ), qui se dissocie complètement en ^{ions H+} et _HSO4-.

Tu auras besoin de connaître les équations :

$$ P_4O_{10}(s)+6H_2O(l)\rightarrow 4H_3PO_4(aq) $$.

$$ SO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2SO_3(aq) $$

$$ SO_3(g) + H_2O(l)\rightarrow H_2SO_4(aq) $$

Comme _Al2O3, _SiO2 est insoluble dans l'eau. Il ne réagit pas du tout dans l'eau.

Fig. 3 - Acide sulfureux et acide sulfurique

Période 3 : réaction des oxydes avec les acides et les bases

Nous savons maintenant que deux des trois oxydes métalliques de la période 3 sont de nature basique. Ils réagissent donc avec les acides. En revanche, les oxydes non métalliques de la période 3 sont de nature acide et réagissent donc avec les bases. _Al2O3 se situe entre les deux groupes et est de nature amphotère.

Oxydes métalliques

_Na2Oet MgO agissent comme des bases en réagissant avec des acides pour former un sel et de l'eau. Cela s'explique par le fait qu'ils se lient de façon ionique. Par exemple :

• La réaction de _Na2Oavec HCl produit NaCl et_H2O.
• La réaction de MgO avec HCl produit _MgCl2 et_H2O.

Les équations sont présentées ci-dessous :

$$ Na_2O(S+2HCl(aq)\rightarrow 2NaCl(aq)+H_2O(l) $$

$$ MgO(s)+2HCl(aq)\rightarrow MgCl_2(aq)+H_2O(l) $$

_Al2O3 est un peu différent - il est amphotère. Cela signifie qu'il peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base. Comme les autres oxydes métalliques de la période 3, il agit comme une base en réagissant avec un acide pour former un sel et de l'eau, grâce à sa liaison ionique. Ici, l'ion aluminium a une charge positive. Mais il peut aussi agir comme un acide en réagissant avec des bases, grâce à son caractère covalent. Dans ce cas, on forme un aluminate, composé dans lequel l'ion aluminium a une charge négative. Par exemple :

• La réaction de _Al2O3 avec HCl produit _AlCl3 et_H2O.
• La réaction de _Al2O3 avec NaOH produit une variété d'aluminates, selon les conditions, dont l'un pourrait être NaAl(OH₎₄.

Voici les équations :

$$ Al_2O_3(s) + 6HCl(aq)\rightarrow 2AlCl_3(aq)+3H_2O(l) $$.

$$ Al_2O_3(s)+2NaOH(aq)+3H_2O(l)+2NaAl(OH)_4(aq) $$

Oxydes non métalliques

_SiO2, _P4O10, _SO2 et _SO3 agissent comme des acides en réagissant avec des bases pour former un sel et de l'eau. Cela s'explique par le fait qu'ils se lient de façon covalente. Par exemple :

• La réaction de _SiO2 avec NaOH produit _NaSiO3 et_H2O.
• Faire réagir _P4O10 avec NaOH revient à faire réagir l'acide phosphorique avec NaOH. Elle produit un mélange de sels, dont _Na3PO4, ainsi que de l'_H2O.
• Faire réagir le _SO2 avec le NaOH revient à faire réagir l'acide sulfureux avec le NaOH. Dans l'ensemble, elle produit du _Na2SO3 et du_H2O.
• Faire réagir le _SO3 avec le NaOH revient à faire réagir l'acide sulfurique avec le NaOH. Dans l'ensemble, on obtient _Na2SO4 et_H2O.

Une fois de plus, nous t'avons fourni les équations :

$$ SiO_2(s)+2NaOH(aq)\rightarrow Na_2SiO_3(aq)+H_2O(l) $$

$$ P_4O_{10}(s)+12NaOH(aq)\rightarrow 4Na_3PO_4(aq)+6H_2O $$

$$ SO_2(g)+2NaOH(aq)\rightarrow Na_2SO_3(aq)+H_2O(l) $$

$$ SO_3(g)+2NaOH(aq)\rightarrow Na_2SO_4(aq)+H_2O(l) $$

Résumé des réactions des oxydes de la période 3

Pour compléter cette section, voici un tableau utile qui résume les réactions des oxydes de la période 3 et leur nature acido-basique.

Fig. 4 - Réactions des oxydes de la période 3

Hydroxydes de la période 3

Les hydroxydes de la période 3 sont un autre type de composé de la période 3 que tu pourrais avoir besoin de connaître. Dans cette section, nous examinerons les réactions de trois des hydroxydes de la période 3 - NaOH, Mg(OH₎₂ et Al(OH₎₃ - avec des acides et des bases.

Réaction avec les acides et les bases

NaOH et Mg(OH₎₂ agissent tous deux comme des bases typiques. Ils réagissent avec les acides pour donner un sel et de l'eau. Par exemple :

• La réaction de NaOH avec HCl produit NaCl et_H2O.
• La réaction de Mg(OH₎₂ avec HCl produit _MgCl2 et_H2O.

Voici les équations :

$$ NaOH(aq)+HCl(aq)\rightarrow NaCl(aq)+H_2O(l) $$

$$ Mg(OH)_2(aq)+2HCl(aq)\rightarrow MgCl_2(aq)+2H_2O(l) $$

Al(OH₎₃ se comporte un peu différemment - il est amphotère. Il agit comme une base, réagissant avec un acide pour produire un sel et de l'eau. Mais il agit aussi comme un acide, réagissant avec des bases pour produire un aluminate. Par exemple :

• La réaction de Al(OH₎₃ avec HCl produit _AlCl3 et_H2O.
• La réaction de Al(OH₎₃ avec NaOH produit NaAl(OH₎₄.

Les équations de ces réactions sont les suivantes :

$$ Al(OH)_3(aq)+2HCl(aq)\rightarrow AlCl_3(aq)+ 3H_2O(l) $$

$$ Al(OH)_3(aq)+NaOH_(aq)\rightarrow NaAl(OH)_4(aq) $$

Période 3 : les chlorures

La dernière chose à l'ordre du jour aujourd'hui concerne les chlorures de la période 3. Nous allons examiner leur point de fusion, leur nombre d'oxydation et leur réaction avec l'eau.

Point de fusion

En général, les chlorures métalliques de la période 3 ont des points de fusion élevés, tandis que les chlorures non métalliques de la période 3 ont des points de fusion bas. _AlCl3 est une anomalie - bien qu'il s'agisse d'un chlorure métallique, son point de fusion est bas.

Chlorures métalliques

NaCl et _MgCl2 ont tous deux un point de fusion élevé. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit de composés ioniques. Grâce à la grande différence d'électronégativité entre le métal et le chlore, ils sont capables de se lier de façon ionique, et le solide est maintenu ensemble par une forte attraction électrostatique entre les ions de charge opposée.

_AlCl3 est un peu différent. À température et pression ambiantes, il se lie de façon ionique, et tu t'attends donc à ce qu'il ait un point de fusion élevé. Mais lorsque tu augmentes la température, il passe d'un réseau ionique à de simples molécules d'_Al2Cl6, qui finissent par se décomposer en molécules d'_AlCl3 plus petites. Ce sont deux exemples de molécules covalentes simples. Elles sont maintenues ensemble en tant que solide par de faibles forces intermoléculaires, qui ne nécessitent pas beaucoup d'énergie pour être surmontées, et c'est pourquoi _AlCl3 a en fait un point de fusion bas.

Chlorures non métalliques

_SiCl4, _PCl5, _SCl2 et _S2Cl2 ont tous un point de fusion bas. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit de simples molécules covalentes. Les seules forces qui les maintiennent ensemble sous forme solide sont de faibles forces intermoléculaires, qui ne nécessitent pas beaucoup d'énergie pour être surmontées.

État d'oxydation

Dans tous les chlorures de la période 3, le chlore a un état d'oxydation négatif de -1, car il est plus électronégatif que l'élément de la période 3 avec lequel il est lié. La somme des états d'oxydation des atomes d'un composé neutre est toujours égale à zéro, ce qui te permet de déterminer l'état d'oxydation de l'élément de la période 3. C'est assez simple à retenir - à l'exception de _SCl2 et _S2Cl2, l'état d'oxydation correspond au numéro de groupe de l'élément. Le tableau suivant résume ces informations pour toi.

Fig. 5 - Les états d'oxydation des chlorures de la période 3

Réaction avec l'eau

Enfin, nous explorerons les réactions des chlorures de la période 3 avec l'eau, en examinant notamment le pH de la solution formée. En général, les chlorures métalliques se dissolvent simplement dans l'eau, tandis que les chlorures non métalliques réagissent plus vigoureusement. Une fois de plus, _AlCl3 va à l'encontre de la tendance en réagissant comme un chlorure non métallique.

Chlorures métalliques

NaCl et _MgCl2 se dissolvent tous deux dans l'eau. Ils le font grâce à leur liaison ionique. NaCl forme une solution neutre d'ions ^Na+ et ^Cl- avec un pH de 7, tandis que _MgCl2 forme une solution légèrement acide d'ions ^Mg2+ et ^Cl- avec un pH d'environ 6.

_AlCl3 agit différemment, grâce à son caractère covalent. Il réagit avec l'eau pour former une solution acide d'un pH d'environ 3, dégageant des vapeurs de HCl.

Chlorures non métalliques

Les autres chlorures non métalliques réagissent à peu près comme _AlCl3, grâce à leur liaison covalente. Ils réagissent avec l'eau pour former des solutions acides dont le pH est d'environ 2. Toutes les réactions dégagent des vapeurs de HCl.

Il existe des tendances claires dans les différentes propriétés et réactions. Connaître certains faits essentiels, comme le type de liaison présent dans chaque composé, devrait t'aider lorsqu'il s'agit d'oxydes, d'hydroxydes et de chlorures de la période 3.