12.7 : Groupe VIA- Chalcogènes

A mesure que l’on s’approche de la partie droite du tableau périodique, les similitudes entre les éléments d’un groupe redeviennent plus grandes. C’est le cas du groupe VIA. À l’exception du polonium, qui est radioactif et généralement omis de la discussion, tous les membres du groupe forment des ions X2- lorsqu’ils sont combinés avec des métaux hautement électropositifs. La tendance à être réduit à l’état d’oxydation -2 diminue toutefois de manière significative du haut en bas du groupe, et le tellure présente certaines propriétés métalliques. Les éléments du groupe VIA sont appelés chalcogènes car la plupart des minerais de cuivre (en grec chalkos) sont des oxydes ou des sulfures, et ces minerais contiennent des traces de sélénium et de tellure. Les propriétés atomiques des chalcogènes sont résumées dans le tableau.

Tableau \(\PageIndex{1}\) : Propriétés des éléments du groupe VIA

Élément	Symbole	Configuration des électrons	État d’oxydation usuel. Etat d’oxydation	Radius/pm
		Covalent	Ionique (X2-)
Oxygène	O	2s22p4	-2	66	140
Soufre	S	3s23p4	+6, +4, -2	104	184
Sélénium	Se	4s23d104p4	+6, +4, -2	117	198
Tellurium	Te	5s24d105p4	+6, +4, -2	135	221

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Symbole	Energie d’ionisation/MJ mol-1			Densité/ g cm-3	Electro- négativité	Point de fusion (en °C)
	Première	Seconde	Troisième
O	1.320	3.395	5.307	1.43×10-3	3.5	-218
S	1.006	2,257	3,367	2,06	2,5	119
Se	0,947	2.051	2,980	4,82	2,4	217
Te	0,876	1,800	2.704	6,25	2,1	450

À température et pression ordinaires, l’oxygène est un gaz. Il existe sous l’une des deux formes allotropiques : O2, qui constitue 21 % de l’atmosphère terrestre, ou O3 (ozone), qui se décompose lentement en O2. L’O3 peut être préparé en faisant passer une décharge électrique à travers l’O2 ou l’air:

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Cette réaction se produit naturellement sous l’effet de la foudre. L’O3 est également produit par tout appareil qui produit des étincelles électriques. Vous avez peut-être remarqué son odeur distinctive à proximité d’un moteur électrique, par exemple.

L’ozone se forme dans la stratosphère terrestre (entre les altitudes de 10 et. 50 km) par les rayons ultraviolets dont la longueur d’onde est inférieure à 250 nm:

L’ozone lui-même absorbe les rayons ultraviolets de plus grande longueur d’onde (jusqu’à 340 nm), empêchant ces rayons nocifs d’atteindre la surface de la terre. Sinon, ces rayons augmenteraient l’incidence du cancer de la peau chez l’homme et causeraient d’autres problèmes environnementaux. Ces dernières années, des preuves convaincantes ont été obtenues pour montrer que les émissions d’oxyde d’azote des avions de transport supersonique (SST) (qui volent dans la stratosphère) peuvent réduire la concentration d’ozone. Des conclusions similaires ont été tirées concernant les chlorofluorocarbones (parfois appelés CFC) utilisés comme agents propulseurs dans les aérosols pour cheveux et les déodorants. Une fois dans l’atmosphère, une réaction photochimique fait que le chlore atomique se détache des CFC. Ce chlore atomique peut alors participer à une réaction catalytique d’appauvrissement de l’ozone :

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Le chlore atomique est régénéré, ce qui signifie que chaque molécule de CFC a le potentiel d’appauvrir de grandes quantités d’ozone. Dans les années 1980, il a été déterminé que l’utilisation de produits chimiques tels que les CFC amincissait l’ozone stratosphérique. C’est également à cette époque que l’on a découvert le « trou d’ozone » au-dessus de l’Antarctique. En réponse à l’appauvrissement de la couche d’ozone et au danger qu’il représente, le protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d’ozone a été signé par les dirigeants de plusieurs pays, dans le but d’éliminer progressivement la production et l’utilisation des CFC et d’autres produits chimiques nocifs pour la couche d’ozone. Aujourd’hui, 191 pays ont signé le protocole et, bien qu’il faille attendre jusqu’en 2075 pour que les niveaux d’ozone reviennent à la normale, le protocole de Montréal s’est jusqu’à présent avéré un succès.

L’O3 est également un composant important du smog photochimique. Il est produit lorsque les atomes d’O (formés par la rupture des liaisons N-O dans le NO2) réagissent avec les molécules selon la formule Eq. \(\ref{3}\). L’O3 est un agent oxydant plus puissant que l’O2. Il réagit avec les hydrocarbures insaturés (alcènes) dans l’essence évaporée pour produire des aldéhydes et des cétones qui sont des irritants pour les yeux. Le caoutchouc est un matériau polymère qui contient des liaisons , il réagit donc lui aussi avec l’O3. En outre, l’ozone troposphérique et le smog qui l’accompagne se sont révélés être un problème de santé important, irritant et endommageant le système respiratoire et ayant également des liens avec l’asthme. L’ozone est donc bénéfique lorsqu’il se trouve dans la haute atmosphère, mais a des effets néfastes lorsqu’il se trouve au niveau du sol.

Le soufre se présente sous une variété de formes allotropiques. A température ambiante, la forme la plus stable est le soufre rhombique. Ce solide jaune est constitué de molécules S8 (vues dans le Jmol ci-dessous) emballées dans un réseau cristallin qui appartient au système orthorhombique (listé sur la page traitant des systèmes cristallins).

Figure \(\PageIndex{1}\) Molécule S8 : Le modèle initial de la boule et du bâton peut être manipulé dans un espace tridimensionnel. Cliquez sur les rayons VdW pour voir un modèle de remplissage d’espace de la même molécule.

Lorsqu’il est chauffé à 96°C, le soufre rhombique solide se transforme très lentement en soufre monoclinique, dans lequel un tiers des molécules S8 sont orientées de façon aléatoire dans le réseau cristallin. Lorsque l’une ou l’autre forme de soufre fond, le liquide est d’abord jaune pâle et s’écoule facilement, mais au-delà de 160°C, il devient de plus en plus visqueux. Ce n’est qu’à proximité du point d’ébullition de 444,6°C qu’il se fluidifie à nouveau. Ce changement inhabituel de la viscosité avec la température est attribué à l’ouverture du cycle à huit chaînons de S8 et à la formation de longues chaînes d’atomes de soufre. Celles-ci s’entrelacent et empêchent le liquide de s’écouler. Cette explication est soutenue par le fait que si le liquide visqueux est refroidi rapidement en le versant dans l’eau, on peut montrer expérimentalement que le soufre amorphe produit est constitué de longues chaînes d’atomes de soufre.

Le sélénium et le tellure ont tous deux des structures solides dans lesquelles les atomes sont liés en longues chaînes spiralées. Tous deux sont des semi-conducteurs, et la conductivité électrique du sélénium dépend de l’intensité de la lumière qui tombe sur l’élément. Cette propriété est utilisée dans les cellules photoélectriques au sélénium, qui sont souvent utilisées dans les posemètres photographiques.

Le sélénium est également utilisé dans les redresseurs pour convertir le courant électrique alternatif en courant continu. Les composés du sélénium et du tellure ont peu d’importance commerciale, et ils sont souvent toxiques. De plus, beaucoup d’entre eux ont une odeur désagréable, sont absorbés par l’organisme et se dégagent dans la transpiration et l’haleine. Ces propriétés ont empêché l’étude des composés du tellure et du sélénium.

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