OXYDE DE CHLORE (V): PROPRIÉTÉS, STRUCTURE, UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

L' oxyde de chlore (V) est un composé inorganique hautement instable dont la formule chimique est Cl ₂ O ₅. C'est l'un des nombreux oxydes de chlore, qui se caractérisent par le fait d'être des espèces moléculaires, voire radicalaires.

Cl ₂ O ₅ n'a trouvé la vie que sur le papier et les calculs théoriques; cependant, son existence n'a pas été exclue et il est probable que certains peuvent être caractérisés (par des techniques avancées de spectroscopie). Ce que l'on peut prédire d'après les concepts de chimie générale de cet oxyde, c'est qu'il s'agit de l'anhydride d'acide chlorique, HClO ₃.

Molécule Cl2O5. Source: Jynto.

La molécule hypothétique d'oxyde de chlore (V) est présentée ci-dessus. Notez que puisqu'il s'agit d'une molécule, la présence de l'ion Cl ⁺⁵ n'est pas du tout prise en compte; encore moins quand il doit avoir un tel pouvoir polarisant pour forcer l'oxygène à se lier de manière covalente.

Comme tout composé instable, il libère de l'énergie pour se décomposer en produits plus stables; processus qui dans de nombreux cas est explosif. Lorsque Cl ₂ O _{5 se} décompose, il libère ClO ₂ et O ₂. Il est théorisé que dans l'eau, en fonction de l'isomère de Cl ₂ O ₅, divers oxoacides de chlore peuvent se former.

Propriétés

La masse molaire de Cl ₂ O ₅ est de 150,9030 g / mol. De cette masse, et de sa molécule hypothétique, on peut supposer que si elle pouvait être isolée, ce serait probablement un liquide huileux; bien sûr, en le comparant à l'apparence physique du Cl ₂ O ₇.

Bien qu'il ne puisse être isolé ou caractérisé, cet oxyde de chlore est acide, covalent et doit également avoir un petit moment dipolaire. Son acidité est compréhensible si l'équation chimique de son hydrolyse est analysée:

Cl ₂ O ₅ + H ₂ O 2HClO ₃

Le HClO _{3 étant l'} acide chlorique. La réaction inverse entraînerait le cas où l'acide peut être déshydraté:

2HClO ₃ => Cl ₂ O ₅ + H ₂ O

En revanche, lorsque le Cl ₂ O _{5 est à} peine produit, il se décompose:

2Cl ₂ O ₅ => 4ClO ₂ + O ₂

C'est donc une espèce intermédiaire plutôt qu'un oxyde à proprement parler. Sa décomposition doit être si rapide (étant donné que Cl ₂ O ₅ est même formé), qu'elle n'a pas été détectée par les techniques d'analyse instrumentale actuelles.

Structure de l'oxyde de chlore (V)

Molécule

L'image du haut montre la structure de la molécule hypothétique de Cl ₂ O ₅ avec un modèle de sphères et de bâtonnets. Les sphères rouges représentent des atomes d'oxygène et les sphères vertes représentent des atomes de chlore. Chaque chlore a un environnement de pyramide trigonale, donc son hybridation doit être sp ³.

Ainsi, la molécule Cl ₂ O ₅ peut être vue comme deux pyramides trigonales liées par un oxygène. Mais si vous regardez attentivement, une pyramide oriente ses atomes d'oxygène vers le bas, l'autre hors du plan (vers le lecteur).

Par conséquent, il est présumé qu'il y a des rotations dans la liaison O ₂ Cl-O-ClO ₂, rendant la molécule relativement dynamique. Notez que la formule O ₂ ClOClO ₂ est une manière de représenter la structure de Cl ₂ O ₅.

Structure de Lewis

Structure de Lewis pour le Cl2O5 hypothétique. Source: Gabriel Bolívar.

Jusqu'à présent, la molécule à elle seule n'a pas permis de déchiffrer pourquoi son instabilité est due. Pour éclairer cette question, nous nous tournons vers sa structure de Lewis, représentée ci-dessus. Notez que la structure peut être considérée à tort comme plate, mais dans la sous-section précédente, il a été précisé que ce n'est pas le cas.

Pourquoi les deux atomes de chlore ont-ils des charges formelles positives? Parce que le chlore a une paire d'électrons libres, ce qui peut être vérifié en appliquant la théorie des liaisons de Valence (ce qui ne sera pas fait ici à des fins de simplification). Ainsi, sa charge formelle est:

C _f = 7 - (4 + 2) = 1

Et qu'est-ce que cela a à voir avec son instabilité? Eh bien, le chlore est considérablement électronégatif, et donc un mauvais porteur de charges formelles positives. Cela fait du Cl ₂ O ₅ une espèce très acide, car il a besoin de gagner des électrons pour répondre à la demande électronique des deux chlore.

Le contraire se produit avec Br ₂ O ₅ et I ₂ O ₅, des oxydes qui existent dans des conditions normales. C'est parce que le brome et l'iode sont moins électronégatifs que le chlore; et par conséquent, ils soutiennent mieux la charge formelle positive.

Isomères et leur hydrolyse respective

Jusqu'à présent, toute l'explication est tombée sur l'un des deux isomères de Cl ₂ O ₅: O ₂ ClOClO ₂. Quel est l'autre? Le O ₃ ClOClO. Dans cet isomère, les chlore manquent de charges formelles positives et devraient donc être une molécule plus stable. Cependant, l'O ₂ ClOClO ₂ et l'O ₃ ClOClO doivent subir des réactions d'hydrolyse:

O ₂ Cl-O-ClO ₂ + H ₂ O => 2O ₂ Cl-OH (qui ne sont rien de plus que HClO ₃)

O ₃ Cl-O-ClO + H ₂ O => O ₃ Cl-OH (HClO ₄) + HO-ClO (HClO ₂)

Notez que jusqu'à trois oxoacides de chlore peuvent se former: HClO ₃, HClO ₄ et HClO ₂

Nomenclature

Son nom «oxyde de chlore (V)» correspond à celui attribué selon la nomenclature du stock. Cl ₂ O ₅ peut également avoir deux autres noms: le dichloropentaoxyde et l'anhydride chlorique, attribués respectivement par les nomenclatures systématique et traditionnelle.

Applications

Plutôt que de motiver des études informatiques, le Cl ₂ O ₅ ne sera d'aucune utilité tant qu'il ne sera pas découvert, isolé, caractérisé, stocké et démontré qu'il n'explose pas au moindre contact.

Références

1. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Sandra Luján Quiroga et Luis José Perissinotti. (2011). Oxoacides de chlore et structure des oxydes de dichlore. Éducateur en chimie, vol. 16.
3. Formulation chimique. (2019). Oxyde de chlore (V). Récupéré de: formulacionquimica.com
4. Linus Pauling. (1988). Chimie générale. Dover Publications, INC., New York.
5. Richard C. Ropp. (2013). Encyclopédie des composés alcalino-terreux. ElSevier.