Un ion est un atome non neutre ou un ensemble d’atomes fonctionnant comme une unité. Si l’ion possède un déficit d’électrons, c’est un cation, mais s’il a un surplus d’électrons, c’est un anion. Lorsque l’oxygène fait partie du cation, il s’agit d’un oxycation, par exemple l’uranyle (UO2)+2. Alternativement, si les atomes d’oxygène font partie de l’anion, il s’agit d’un oxyanion, comme dans le nitrate (-NO3)-1. Rarement, les deux ions sont oxygénés, ayant à la fois un oxycation et un oxyanion. L’un des exemples les plus connus est le nitrate d’uranyle (UO2)(NO3)2.
Il existe de nombreuses variétés d’oxyanion. Parmi ceux-ci figurent le sulfate (SO4)-2, l’acétate (CH3COO)-1 et la tellurite (TeO3)-2. Les autres types d’oxyanion comprennent le perchlorate (ClO4)-1, le phosphate (PO4)-3 et le nitrate (NO3)-1.
Un oxyanion peut généralement être écrit comme un acide correspondant dont il est dérivé. Dans ce cas, nous avons les acides sulfurique, acétique, tellurique, perchlorique et nitrique. L’élimination de l’eau de ces acides donne les anhydrides – trioxyde de soufre, anhydride acétique, dioxyde de tellure, heptoxyde de chlore, pentoxyde de phosphore et pentoxyde d’azote. Notamment, les oxyanions inorganiques sont souvent constitués d’oxygène plus un non-métal, tel que le soufre, l’azote ou le phosphore ; ils peuvent cependant également être constitués d’un métal et d’oxygène.
Deux espèces d’oxyanions contenant des métaux sont le dichromate et le permanganate. Le bichromate de potassium (K2Cr2O7) est souvent utilisé dans les réactions chimiques organiques en tant qu’agent oxydant; le permanganate de potassium (KMnO4) est un oxydant encore plus puissant. Lorsqu’il est combiné avec de l’acide sulfurique, il produit la substance explosive anhydride d’acide permanganique, ou heptoxyde de manganèse (Mn2O7), selon l’équation de réaction 2 KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + Mn2O7 + H2O. Contrairement à la nature du permanganate, certains composés oxyanioniques n’agissent pas du tout comme oxydants. Cela est dû à un certain nombre de facteurs, notamment l’électronégativité, la taille des ions, la configuration électronique et la stabilisation de la résonance.
La configuration électronique permettant la formation d’oxyanions nécessite la présence de couches d orbitales électroniques extensibles, qui permettent des niveaux de valence atomique plus élevés. Bien que trois des halogènes, à savoir le chlore, le brome et l’iode, aient de telles enveloppes et puissent former même des anions fortement oxygénés, le fluor n’en a pas. Il ne peut former qu’un seul acide oxygéné, l’acide hypofluoré, et celui-ci est si instable qu’il explose facilement. Un facteur supplémentaire qui contribue à la fois à la formation et à la stabilité d’un oxyanion est la symétrie de résonance ionique. L’une des structures d’oxyanion les plus stables, le sulfate peut être dessiné comme l’une des six structures de résonance équivalentes possibles, répartissant en effet la charge négative sur une grande surface extérieure.