Tétraoxygène

Le tétraoxygène, parfois appelé oxozone, est l'espèce chimique de formule O₄, composée de quatre atomes d'oxygène. Son existence avait été proposée dès 1924 par Gilbert Lewis pour expliquer le fait que l'oxygène liquide n'obéit pas à la loi de Curie^[1]. Il semble aujourd'hui que cette proposition soit erronée, mais que, s'il n'existe pas d'espèce O₄ stable dans l'oxygène liquide, les molécules de dioxygène O₂ tendent à s'associer par paires aux spins antiparallèles pour former des structures instables de type (O₂)₂^[2]. On pensait également que la phase ε de l'oxygène solide (aux pressions supérieures à 10 GPa) était constituée de molécules O₄^[3]. Mais la diffractométrie de rayons X a montré en 2006 que cette phase stable appelée oxygène ε ou oxygène rouge est en fait constituée d'espèces d'octaoxygène O₈^[4]. Le tétraoxygène O₄ a néanmoins été détecté par spectrométrie de masse comme espèce chimique instable^[5].

Deux configurations ont été proposées pour l'espèce O₄ : une forme en carré déformé de type cyclobutane^[6] et une forme en Y avec trois atomes d'oxygène entourant un atome central dans une configuration plane trigonale similaire à celle du trifluorure de bore BF₃^[7].

Structures proposées pour l'espèce moléculaire O4.
Structure D2d	Structure D3h

Les études réalisées en 2001 par spectrométrie de masse à l'Université de Rome « La Sapienza »^[5] sur le tétraoxygène ont montré que sa structure ne s'accordait avec aucune de ces deux propositions mais correspondrait plutôt à un complexe formé d'une molécule de dioxygène à l'état fondamental avec une molécule de dioxygène dans un état excité particulier.

Notes et références

1. (en) Gilbert N. Lewis, « The Magnetism of Oxygen and the Molecule O₂ », Journal of the American Chemical Society, vol. 46, n^o 9,‎ septembre 1924, p. 2027–2032 (DOI 10.1021/ja01674a008)
2. (en) Tatsuki Oda, « Noncollinear magnetism in liquid oxygen: A first-principles molecular dynamics study », Physical Review B, vol. 70, n^o 13,‎ octobre 2004, p. 134402 (DOI 10.1103/PhysRevB.70.134402, lire en ligne)
3. (en) Federico A. Gorelli, « The ε Phase of Solid Oxygen: Evidence of an O₄ Molecule Lattice », Physical Review Letters, vol. 83, n^o 20,‎ novembre 1999, p. 4093–4096 (DOI 10.1103/PhysRevLett.83.4093, lire en ligne)
4. (en) Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers and Paul Loubeyre, « Observation of an O8 molecular lattice in the phase of solid oxygen », Nature, vol. 443,‎ 2006, p. 201–204 (DOI 10.1038/nature05174, lire en ligne, consulté le 10 janvier 2008)
5. (en) Fulvio Cacace, « Experimental Detection of Tetraoxygen », Angewandte Chemie International Edition, vol. 40, n^o 21,‎ octobre 2001, p. 4062–4065 (DOI 10.1002/1521-3773(20011105)40:21<4062::AID-ANIE4062>3.0.CO;2-X)
6. (en) R. Hernández-Lamoneda, « Reactivity and electronic states of O₄ along minimum energy paths », Journal of Chemical Physics, vol. 113, n^o 10,‎ septembre 2000, p. 4139–4145 (DOI 10.1063/1.1288370)
7. (en) I. Røeggen, « Prediction of a metastable D_3h form of tetra oxygen », Chemical Physics Letters, vol. 157, n^o 5,‎ mai 1989, p. 409–414 (DOI 10.1016/0009-2614(89)87272-0)