Oxyde de carbone - Définition

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, CO₂. Beaucoup d'autres oxydes de carbone 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.

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 n'affichent souvent que les trois premiers et, rarement, le quatrième, un grand nombre 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 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 gazeuse ou dans des conditions d'isolement en matrice.

L'inventaire des oxydes de carbone semble s'accroître constamment. L'existence de l'oxyde de graphène 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

Le dioxyde de carbone, CO₂, est très fréquent dans la nature, où il est produit notamment par la respiration des êtres vivants ainsi que par la combustion de substances contenant du carbone. C'est une étape essentielle des formes du carbone au cours du cycle du carbone sur Terre 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 XVII^e et XVIII^e siècles, et encore fréquemment gaz carbonique.

Le monoxyde de carbone, 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 de ses minerais. Comme le dioxyde de carbone, il a été décrit et étudié en Europe 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 du courant électrique dans du dioxyde de carbone.

Le quatrième oxyde de carbone « 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 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 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 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.

C2O3 anhydride oxalique	C2O4 1,2-dioxétane- dione	C2O4 1,3-dioxétane- dione	C3O6 1,3,5-trioxane- trione	C2O2 éthènedione