HYDROXYDES: PROPRIÉTÉS, NOMENCLATURE ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les hydroxydes sont des composés inorganiques et ternaires constitués de l'interaction entre un cation métallique et une fonction OH (anion hydroxyde, OH ^-). La plupart d'entre eux sont de nature ionique, bien qu'ils puissent également avoir des liaisons covalentes.

Par exemple, un hydroxyde peut être représenté comme l'interaction électrostatique entre le cation M ⁺ et l'anion OH ^-, ou comme la liaison covalente via la liaison M-OH (image du bas). Dans le premier, la liaison ionique se produit, tandis que dans le second, la liaison covalente. Ce fait dépend essentiellement du métal ou cation M ⁺, ainsi que de sa charge et de son rayon ionique.

Source: Gabriel Bolívar

Comme la plupart d'entre eux proviennent de métaux, il est équivalent de les appeler hydroxydes métalliques.

Comment se forment-ils?

Il existe deux voies de synthèse principales: en faisant réagir l'oxyde correspondant avec de l'eau, ou avec une base forte en milieu acide:

MO + H ₂ O => M (OH) ₂

MO + H ⁺ + OH ^- => M (OH) ₂

Seuls les oxydes métalliques solubles dans l'eau réagissent directement pour former l'hydroxyde (première équation chimique). D'autres sont insolubles et nécessitent des espèces acides pour libérer du M ⁺, qui interagit ensuite avec OH ^{- à} partir de bases fortes (deuxième équation chimique).

Cependant, ces bases fortes sont des hydroxydes métalliques NaOH, KOH et autres du groupe des métaux alcalins (LiOH, RbOH, CsOH). Ce sont des composés ioniques hautement solubles dans l'eau, par conséquent, leurs OH ^- sont libres de participer aux réactions chimiques.

D'autre part, il existe des hydroxydes métalliques insolubles et par conséquent des bases très faibles. Certains d'entre eux sont même acides, comme c'est le cas avec l'acide tellurique, Te (OH) ₆.

L'hydroxyde établit un équilibre de solubilité avec le solvant environnant. S'il s'agit d'eau, par exemple, l'équilibre s'exprime comme suit:

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Où (ac) indique que le milieu est aqueux. Lorsque le solide est insoluble, la concentration en OH dissous est faible ou négligeable. Pour cette raison, les hydroxydes métalliques insolubles ne peuvent pas générer de solutions aussi basiques que NaOH.

De ce qui précède, on peut déduire que les hydroxydes présentent des propriétés très différentes, liées à la structure chimique et aux interactions entre le métal et l'OH. Ainsi, bien que beaucoup soient ioniques, avec des structures cristallines variées, d'autres ont des structures polymères complexes et désordonnées.

Propriétés des hydroxydes

Anion OH

L'ion hydroxyle est un atome d'oxygène lié de manière covalente à l'hydrogène. Ainsi, cela peut facilement être représenté par OH ^-. La charge négative se situe sur l'oxygène, faisant de cet anion une espèce donneuse d'électrons: une base.

Si OH ^- donne ses électrons à l'hydrogène, il se forme une molécule de H ₂ O. Il peut également donner ses électrons à des espèces chargées positivement: comme les centres métalliques M ⁺. Ainsi, un complexe de coordination est formé par la liaison dative M-OH (l'oxygène fournit la paire d'électrons).

Cependant, pour que cela se produise, l'oxygène doit être capable de se coordonner efficacement avec le métal, sinon les interactions entre M et OH auront un fort caractère ionique (M ⁺ OH ^-). L'ion hydroxyle étant le même dans tous les hydroxydes, la différence entre tous réside alors dans le cation qui l'accompagne.

De plus, comme ce cation peut provenir de n'importe quel métal du tableau périodique (groupes 1, 2, 13, 14, 15, 16 ou les métaux de transition), les propriétés de ces hydroxydes varient énormément, bien qu'ils envisagent tous dans communs certains aspects.

Caractère ionique et basique

Dans les hydroxydes, bien qu'ils aient des liaisons de coordination, ils ont un caractère ionique latent. Dans certains, comme NaOH, leurs ions font partie d'un réseau cristallin composé de cations Na ⁺ et d'anions OH ^- dans des proportions 1: 1; c'est-à-dire que pour chaque ion Na ^+, il existe un ion OH ^- homologue.

Selon la charge sur le métal, il y aura plus ou moins d'anions OH ^- autour de lui. Par exemple, pour un cation métallique M ^2+, il y aura deux ions OH ^- interagissant avec lui: M (OH) ₂, qui est décrit comme HO ^- M ²⁺ OH ^-. La même chose se produit avec les métaux M ³⁺ et avec d'autres avec des charges plus positives (bien qu'elles dépassent rarement 3+).

Ce caractère ionique est responsable de nombreuses propriétés physiques, telles que les points de fusion et d'ébullition. Celles-ci sont élevées, reflétant les forces électrostatiques à l'œuvre dans le réseau cristallin. De plus, lorsque les hydroxydes se dissolvent ou fondent, ils peuvent conduire le courant électrique en raison de la mobilité de leurs ions.

Cependant, tous les hydroxydes n'ont pas les mêmes réseaux cristallins. Ceux qui ont les plus stables seront moins susceptibles de se dissoudre dans des solvants polaires comme l'eau. En règle générale, plus les rayons ioniques de M ⁺ et OH ^{- sont} disparates, plus ils seront solubles.

Tendance périodique

Ce qui précède explique pourquoi la solubilité des hydroxydes de métaux alcalins augmente à mesure que l'on descend dans le groupe. Ainsi, l'ordre croissant de solubilités dans l'eau pour celles-ci est le suivant: LiOH

OH ^- est un petit anion, et à mesure que le cation devient plus volumineux, le réseau cristallin s'affaiblit énergiquement.

D'autre part, les métaux alcalino-terreux forment des hydroxydes moins solubles en raison de leurs charges positives plus élevées. C'est parce que M ²⁺ attire OH ^- plus fortement que M ⁺. De même, ses cations sont plus petits, et donc moins inégaux en taille par rapport à OH ^-.

Le résultat de ceci est la preuve expérimentale que NaOH est beaucoup plus basique que Ca (OH) ₂. Le même raisonnement peut être appliqué pour d'autres hydroxydes, soit pour ceux des métaux de transition, soit pour ceux des métaux p-block (Al, Pb, Te, etc.).

Aussi, plus le rayon ionique et la charge positive de M ^{+ sont} petits et grands, plus le caractère ionique de l'hydroxyde est faible, c'est-à-dire ceux à très forte densité de charge. Un exemple de ceci se produit avec l'hydroxyde de béryllium, Be (OH) ₂. Be ²⁺ est un très petit cation et sa charge divalente le rend électriquement très dense.

Amphotéricisme

Les hydroxydes de M (OH) ₂ réagissent avec les acides pour former un complexe aqueux, c'est-à-dire que M ⁺ se retrouve entouré de molécules d'eau. Cependant, il existe un nombre limité d'hydroxydes qui peuvent également réagir avec des bases. Ce sont ce que l'on appelle les hydroxydes amphotères.

Les hydroxydes amphotères réagissent avec les acides et les bases. La deuxième situation peut être représentée par l'équation chimique suivante:

M (OH) ₂ + OH ^- => M (OH) ₃ ^-

Mais comment déterminer si un hydroxyde est amphotère? Par une simple expérience de laboratoire. Étant donné que de nombreux hydroxydes métalliques sont insolubles dans l'eau, l'ajout d'une base forte à une solution avec des ions M ⁺ dissous, par exemple Al ³⁺, précipitera l'hydroxyde correspondant:

Al ³⁺ (aq) + 3OH ^- (aq) => Al (OH) ₃ (s)

Mais avec un excès d'OH ^- l'hydroxyde continue de réagir:

Al (OH) ₃ (s) + OH ^- => Al (OH) ₄ ^- (aq)

En conséquence, le nouveau complexe chargé négativement est solvaté par les molécules d'eau environnantes, dissolvant le solide blanc de l'hydroxyde d'aluminium. Les hydroxydes qui restent inchangés avec l'addition de base supplémentaire ne se comportent pas comme des acides et, par conséquent, ne sont pas amphotères.

Structures

Les hydroxydes peuvent avoir des structures cristallines similaires à celles de nombreux sels ou oxydes; certains simples et d'autres très complexes. De plus, ceux où il y a une diminution du caractère ionique peuvent avoir des centres métalliques liés par des ponts oxygène (HOM - O - MOH).

En solution, les structures sont différentes. Bien que pour les hydroxydes hautement solubles, il suffit de les considérer comme des ions dissous dans l'eau, pour d'autres, il est nécessaire de prendre en compte la chimie de coordination.

Ainsi, chaque cation M ⁺ peut se coordonner à un nombre limité d'espèces. Le plus volumineux, il est élevé, plus le nombre de molécules d' eau ou OH ^- lié à elle. C'est la source du fameux octaèdre de coordination de nombreux métaux dissous dans l'eau (ou tout autre solvant): M (OH ₂) ₆ ^{+ n}, où n est égal à la charge positive du métal.

Cr (OH) ₃, par exemple, forme en fait un octaèdre. Comment? Considérant le composé comme, dont trois des molécules d'eau sont remplacées par des anions OH ^-. Si toutes les molécules étaient remplacées par OH ^-, alors le complexe à charge négative et structure octaédrique ^{3 - serait obtenu}. La charge -3 est le résultat des six charges négatives de l'OH ^-.

Réaction de déshydratation

Les hydroxydes peuvent être considérés comme des «oxydes hydratés». Cependant, chez eux, «l'eau» est en contact direct avec M ⁺; alors que dans les oxydes hydratés MO · nH ₂ O, les molécules d'eau font partie d'une sphère de coordination externe (elles ne sont pas proches du métal).

Ces molécules d'eau peuvent être extraites en chauffant un échantillon d'hydroxyde:

M (OH) ₂ + Q (chaleur) => MO + H ₂ O

MO est l'oxyde métallique formé à la suite de la déshydratation de l'hydroxyde. Un exemple de cette réaction est celle observée lorsque l'hydroxyde cuivrique, Cu (OH) _2, est déshydraté:

Cu (OH) ₂ (bleu) + Q => CuO (noir) + H ₂ O

Nomenclature

Quelle est la bonne façon de mentionner les hydroxydes? L'UICPA a proposé trois nomenclatures à cet effet: la traditionnelle, la stock et la systématique. Il est correct d'utiliser l'un quelconque des trois, cependant, pour certains hydroxydes, il peut être plus commode ou pratique de le mentionner d'une manière ou d'une autre.

Traditionnel

La nomenclature traditionnelle consiste simplement à ajouter le suffixe –ico à la valence la plus élevée du métal; et le suffixe –oso au plus bas. Ainsi, par exemple, si le métal M a des valences +3 et +1, l'hydroxyde M (OH) ₃ sera appelé hydroxyde (nom du métal) ico, tandis que l'hydroxyde de MOH (nom du métal) portera.

Pour déterminer la valence du métal dans l'hydroxyde, il suffit de regarder le nombre après l'OH entre parenthèses. Ainsi, M (OH) ₅ signifie que le métal a une charge ou une valence de +5.

Le principal inconvénient de cette nomenclature est cependant qu'elle peut être compliquée pour les métaux ayant plus de deux états d'oxydation (comme le chrome et le manganèse). Dans de tels cas, les préfixes hyper- et hypo- sont utilisés pour désigner les valences les plus élevées et les plus basses.

Ainsi, si M au lieu de n'avoir que des valences +3 et +1, il a aussi +4 et +2, alors les noms de ses hydroxydes avec les valences les plus élevées et les plus basses sont: hyper hydroxyde (nom du métal) ico, et hypo hydroxyde (nom de métal) ours.

Stock

De toutes les nomenclatures, c'est la plus simple. Ici, le nom de l'hydroxyde est simplement suivi de la valence du métal entre parenthèses et écrite en chiffres romains. Encore une fois pour M (OH) ₅, par exemple, votre nomenclature de stock serait: (nom du métal) (V) hydroxyde. (V) désigne alors (+5).

Systématique

Enfin, la nomenclature systématique se caractérise par le recours à des préfixes multiplicateurs (di-, tri-, tétra-, penta-, hexa-, etc.). Ces préfixes sont utilisés pour spécifier à la fois le nombre d'atomes métalliques et d'ions OH ^-. De cette manière, M (OH) ₅ est nommé: (nom du métal) pentahydroxyde.

Dans le cas de Hg ₂ (OH) ₂, par exemple, il s'agirait de dihydroxyde dimercurique; l'un des hydroxydes dont la structure chimique est complexe à première vue.

Exemples d'hydroxydes

Quelques exemples d'hydroxydes et leurs nomenclatures correspondantes sont les suivants:

-NaOH (hydroxyde de sodium)

Apparence d'hydroxyde de sodium

-Ca (OH) 2 (hydroxyde de calcium)

Apparence de l'hydroxyde de calcium à l'état solide

-Fe (OH) _{3. (} hydroxyde ferrique; hydroxyde de fer (III); ou trihydroxyde de fer)

-V (OH) _{5 (} hydroxyde pervanadique; hydroxyde de vanadium (V); ou pentahydroxyde de vanadium).

-Sn (OH) _{4 (} hydroxyde stanique; hydroxyde d'étain (IV); ou tétrahydroxyde d'étain).

-Ba (OH) ₂ (hydroxyde de baryum ou dihydroxyde de baryum).

-Mn (OH) _{6 (} hydroxyde manganique, hydroxyde de manganèse (VI) ou hexahydroxyde de manganèse).

-AgOH (hydroxyde d'argent, hydroxyde d'argent ou hydroxyde d'argent). A noter que pour ce composé, il n'y a pas de distinction entre les nomenclatures stock et systématiques.

-Pb (OH) _{4 (} hydroxyde de plomb, hydroxyde de plomb (IV) ou tétrahydroxyde de plomb).

-LiOP (hydroxyde de lithium).

-Cd (OH) 2 (hydroxyde de cadmium)

-Ba (OH) _{2 (} hydroxyde de baryum)

- Hydroxyde de chrome

Références

1. Chimie LibreTexts. Solubilité des hydroxydes métalliques. Tiré de: chem.libretexts.org
2. Collège communautaire de Clackamas. (2011). Leçon 6: Nomenclature des acides, bases et sels. Tiré de: dl.clackamas.edu
3. Ions complexes et amphotérisme.. Tiré de: oneonta.edu
4. Fullchemistry. (14 janvier 2013). Hydroxydes métalliques. Tiré de: quimica2013.wordpress.com
5. Encyclopédie des exemples (2017). Hydroxydes Récupéré de: examples.co
6. Castaños E. (9 août 2016). Formulation et nomenclature: hydroxydes. Tiré de: lidiaconlaquimica.wordpress.com