Oxyde de carbone - Définition et Explications

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Introduction

Un oxyde de carbone est un composé chimique constitué d'une combinaison d'atomes de carbone et d'oxygène uniquement.

Les plus simples et les plus communs des oxydes de carbone sont le monoxyde de carbone, CO, et le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute...), CO2. Beaucoup d'autres oxydes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) stables, métastables ou hypothétiques sont connus mais sont rarement rencontrés comme le suboxyde de carbone C3O2, ou l'anhydride mellitique C12O9, voire très rarement, comme le monoxyde de tricarbone C3O, ou l'élusif tétroxyde de carbone CO4.

Chemfm carbon monoxide 2 2.svg Chemfm carbon dioxide.svg Chemfm carbon suboxide.svg Chemfm mellitic anhydride.svg Chemfm tricarbon monoxide.svg Chemfm carbon tetroxyde.svg
CO
monoxyde
de carbone
CO2
dioxyde
de carbone
C3O2
suboxyde
de carbone
C12O9
anhydride
mellitique
C3O
monoxyde
de tricarbone
CO4
tétroxyde
de carbone

Bien que les manuels de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) n'affichent souvent que les trois premiers et, rarement, le quatrième, un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'autres oxydes de carbone sont aujourd'hui connus, la plupart d'entre eux synthétisés depuis les années 1960. Certains de ces nouveaux oxydes sont stables à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée...) ambiante. Certains, en revanche, sont métastables ou stables uniquement à des températures très basses et se décomposent en oxydes de carbone simples quand ils sont chauffés. Beaucoup sont instables par nature et ne peuvent être observés que momentanément en tant qu'intermédiaires dans des réactions chimiques, ou sont si réactifs qu'ils ne peuvent exister qu'au sein d'une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) gazeuse ou dans des conditions d'isolement en matrice.

L'inventaire des oxydes de carbone semble s'accroître constamment. L'existence de l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) et d'autres oxydes de carbone polymériques stables avec des structures moléculaires sans borne suggère que beaucoup d'autres restent encore à découvrir.

Vue d'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...)

Le dioxyde de carbone, CO2, est très fréquent dans la nature, où il est produit notamment par la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz...) des êtres vivants ainsi que par la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une...) de substances contenant du carbone. C'est une étape essentielle des formes du carbone au cours du cycle du carbone sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) et celle sous laquelle il est capté par les plantes. Il a été progressivement reconnu comme un composé chimique, appelé autrefois Sylvestre spiritus (« esprit sauvage ») ou « air fixe » par divers chimistes des XVIIe et XVIIIe siècles, et encore fréquemment gaz carbonique.

Le monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée d'un atome de carbone et d'un atome...), CO, peut être aussi produit lors d'une combustion et a été utilisé (quoi qu'étant non reconnu) depuis l'Antiquité pour la fonte du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou...) de ses minerais. Comme le dioxyde de carbone, il a été décrit et étudié en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...) par divers alchimistes et chimistes depuis le Moyen Âge. Sa composition chimique a été découverte par William Cruikshank en 1800.

Le suboxyde de carbone, C3O2, a été découvert par Benjamin Collins Brodie en 1873 en faisant passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) du courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein...) dans du dioxyde de carbone.

Le quatrième oxyde de carbone (Un oxyde de carbone est un composé chimique constitué d'une combinaison d'atomes de carbone et d'oxygène uniquement.) « classique », l'anhydride mellitique, C12O9, a été apparemment obtenu par Justus von Liebig et Friedrich Wöhler en 1830 pendant leur étude de la mellite (pierre miel), mais n'a été caractérisé qu'en 1913 par Hans Meyer et Karl Steiner.

Brodie a aussi découvert en 1859 un sixième composé appelé oxyde de graphite, composé de carbone et d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) dans des ratios variant de 2:1 à 3:1, mais la nature et la structure moléculaire de cette substance sont restées inconnues jusque dans les années 2000 quand il a été renommé oxyde de graphène et est devenu un sujet de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) dans les nanotechnologies.

Des exemples notables d'oxydes instables ou métastables qui ne sont détectés que dans des situations extrêmes sont le radical monoxyde de dicarbone :C=C=O, le trioxyde de carbone CO3, le tétroxyde de carbone CO4 et la 1,2-dioxétanedione C2O4. Certains de ces oxydes de carbone réactifs ont été détectés dans les nuages moléculaires du milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement ténu, avec des densités typiques allant de 10 à...) par spectroscopie rotationnelle.

Beaucoup d'oxydes de carbone hypothétiques ont été étudiés par des méthodes théoriques mais n'ont pas encore été détectés. Des exemples en sont l'anhydride oxalique C2O3 ou O=(cyclo-C2O)=O, l'éthènedione C2O2 ou O=C=C=O, les autres polycétones, polymères linéaires ou cycliques de monoxyde de carbone, (-CO-)n et ceux du dioxyde de carbone (-CO2-)n comme le dimère 1,3-dioxétanedione C2O4 et le trimère 1,3,5-trioxanetrione C3O6.

Chemfm oxalic anhydride.svg Chemfm 1 2 dioxetanedione.svg Chemfm 1 3 dioxetanedione.svg Chemfm 1 3 5 trioxanetrione.svg Chemfm ethylene dione.svg
C2O3
anhydride
oxalique
C2O4
1,2-dioxétane-
dione
C2O4
1,3-dioxétane-
dione
C3O6
1,3,5-trioxane-
trione
C2O2
éthènedione
 
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