Формула оксидов.
Классификация оксидов.
По классификации оксидов, солеобразующими оксидами являются те оксиды, которые могут взаимодействовать с кислотами либо основаниями с возможностью появления соответствующей соли и воды. Солеобразующими оксидами называют:
Основные оксиды, зачастую образующиеся из металлов со степенью окисления +1, +2. Могут реагировать с кислотами, с кислотными оксидами, с амфотерными оксидами, с водой (только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов). Элемент основного оксида становится катионом в образующейся соли. Na2O, CaO, MgO, CuO.
Примечание: металл менее активный, чем алюминий.
Амфотерные оксиды, образуют металлы со степенью окисления от +3 до +5 (к амфотерным оксидам относятся также BeO, ZnO, PbO, SnO). Реагируют с кислотами, щелочами, кислотными и основными оксидами.
При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства: ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:
Несолеобразующие оксиды не вступают в реакцию ни с кислотами, ни с основаниями, а значит, солей не образуют. N2O, NO, CO, SiO.
В соответствии с номенклатурой ИЮПАК, названия оксидов складываются из слова оксид и названия второго химического элемента (с меньшей электроотрицательностью) в родительном падеже:
Если элемент может образовывать несколько оксидов, то в их названиях следует указать степень окисления элемента:
Можно использовать латинские приставки для обозначения числа атомов элементов, которые входят в молекулу оксида:
Часто используются также тривиальные названия некоторых оксидов:
Урок №43. Оксиды: классификация, номенклатура, свойства, получение, применение
Сегодня мы начинаем подробное знакомство с важнейшими классами неорганических соединений. Неорганические вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые (металлы и неметаллы) и сложные:
А – кислотный остаток
ОН – гидроксильная группа
Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы начинаем с класса оксидов.
ОКСИДЫ
оксид углерода ( II )
оксид марганца (VII )
Классификация оксидов
Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.
4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N 2 O, NO, CO).
Вывод: характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.
Например, оксиды хрома:
Классификация по растворимости в воде
Кислотные оксиды
(не растворим в воде)
Основные оксиды
В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов
Амфотерные оксиды
С водой не взаимодействуют.
В воде не растворимы
Выполните задания:
1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.
Выпишите оксиды и классифицируйте их.
Физические свойства оксидов
Химические свойства оксидов
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ
1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)
3K 2 O + 2H 3 PO 4 = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
Na 2 O + H 2 O = 2NaOH
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ
2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н 2 О (р. обмена)
P 2 O 5 + 6KOH = 2K 3 PO 4 + 3H 2 O
3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)
4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 +CO 2
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ
Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами.
ZnO + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 O
ZnO + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 [Zn(OH) 4 ] ( в растворе)
ZnO + 2 NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (при сплавлении)
Применение оксидов
Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:
В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H 2 SO 4 – серная кислота, Са(ОН) 2 – гашеная известь и т.д.
Если оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство. Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и подсушивающий порошок для наружного применения.
Такими же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO 2 . Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO 2 не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической посуды.
Оксид хрома (III) – Cr 2 O 3 – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr 2 O 3 используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования “Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки оптики, металлических изделий, в ювелирном деле.
Периодический закон
Периодический закон был открыт Д.И. Менделеевым в 1868 году. Его современная формулировка: свойства химических элементов и образуемых ими соединений (простых и сложных) находятся в периодической зависимости от величины заряда атомного ядра.
Периодический закон лежит в основе современного учения о строении вещества. Периодическая система Д.И. Менделеева является наглядным отражением периодического закона.
Группой называют вертикальный ряд химических элементов в периодической таблице. Элементы собраны в группы на основе степени окисления в высшем оксиде. Каждая из восьми групп состоит из главной подгруппы (а) и побочной подгруппы (б).
Периодическая таблица Д.И. Менделеева содержит колоссальное число ответов на самые разные вопросы. При умелом ее использовании вы сможете предполагать строение и свойства веществ, успешно писать химические реакции и решать задачи.
Радиус атома
Радиусом атома называют расстояние между атомным ядром и самой дальней электронной орбиталью. Это не четкая, а условная граница, которая говорит о наиболее вероятном месте нахождения электрона.
В периоде радиус атома уменьшается с увеличением порядкового номера элементов («→» слева направо). Это связано с тем, что с увеличением номера группы увеличивается число электронов на внешнем уровне. Запомните, что для элементов главных подгрупп номер группы равен числу электронов на внешнем уровне.
С увеличением числа электронов они становятся более скученными, так как притягиваются друг к другу сильнее: это и есть причина маленького радиуса атома.
Чем меньше электронов, тем больше у них свободы и больше радиус атома, поэтому радиус увеличивается в периоде «←» справа налево.
Период, группа и электронная конфигурация
Правило составления электронной конфигурации, которое вы только что увидели, универсально. Если вы имеете дело с элементом главной подгруппы, то увидев номер группы вы знаете, сколько электронов у него на внешнем уровне. Посмотрев на период, знаете номер его внешнего уровня.
Длина связи
Убедимся в этом на наглядном примере, сравнив длину связей в четырех веществах: HF, HCl, HBr, HI.
Чем больше радиусы атомов, которые образуют химическую связь, тем больше между ними и длина связи. Радиус атома водорода неизменен во всех трех веществах, а в ряду F → Cl → Br → I происходит увеличение радиуса атома. Наибольшим радиусом обладает йод, поэтому самая длинная связь в молекуле HI.
Металлические и неметаллические свойства
Сравним металлические и неметаллические свойства Rb, Na, Al, S. Натрий, алюминий и сера находятся в одном периоде. Металлические свойства возрастают S → Al → Na. Натрий и рубидий находятся в одной группе, металлические свойства возрастают Na → Rb.
Основные и кислотные свойства
Замечу, что здесь есть одно важное исключение. Как и в общем случае: исключения только подтверждают правила. В ряду галогенводородных кислот HF → HCl → HBr → HI происходит усиление кислотных свойств (а не ослабление, как должно быть по логике нашего правила).
Восстановительные и окислительные свойства
Электроотрицательность (ЭО), энергия связи, ионизации и сродства к электрону
Для примера сравним ЭО-ость атомов Te, In, Al, P. Индий расположен в одной группе с алюминием, ЭО-ость In → Al возрастает (снизу вверх). Алюминий расположен в одном периоде с серой, ЭО-ость возрастает Al → S (слева направо). Сравнивая серу и теллур, мы видим, что сера расположена в группе выше теллура, значит и ее электроотрицательность тоже выше.
Энергия связи (а также ее прочность) возрастают с увеличением электроотрицательности атомов, образующих данную связь. Чем сильнее атом тянет на себя электроны (чем больше он ЭО-ый), тем прочнее получается связь, которую он образует.
Продемонстрирую на примере. Сравним энергию связи в трех молекулах: H2O, H2S, H2Se.
Высшие оксиды и летучие водородные соединения (ЛВС)
В периодической таблице Д.И. Менделеева ниже 7 периода находится строка, в которой для каждой группы указаны соответствующие высшие оксиды, ниже строка с летучими водородными соединениями.
Для элементов главных подгрупп начиная с IV группы (в большинстве случае) максимальная степень окисления (СО) определяется по номеру группы. К примеру, для серы (в VI группе) максимальная СО = +6, которую она проявляет в соединениях: H2SO4, SO3.
На экзамене строка с готовыми «высшими» оксидами, как в таблице наверху, может отсутствовать. Считаю важным подготовить вас к этому. Предположим, что эта строчка внезапно исчезла из таблицы, и вам нужно записать высшие оксиды для фосфора и углерода.
С летучими водородными соединениями (ЛВС) ситуация аналогичная: их может не быть в периодической таблице Д.И. Менделеева, которая попадется на экзамене. Я расскажу вам, как легко их запомнить.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Оксиды: классификация, получение и химические свойства
В зависимости от второго элемента оксиды проявляют разные химические свойства. В школьном курсе оксиды традиционно делят на солеобразующие и несолеобразующие. Некоторые оксиды относят к солеобразным (двойным).
Солеобразующие оксиды делят на основные, амфотерные и кислотные.
Основные оксиды — это оксиды, обладающие характерными основными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степень окисления +1 и +2.
Кислотные оксиды — это оксиды, характеризующиеся кислотными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.
Амфотерные оксиды — это оксиды, характеризующиеся и основными, и кислотными свойствами. Это оксиды металлов со степенью окисления +3 и +4, а также четыре оксида со степенью окисления +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.
Несолеобразующие оксиды не проявляют характерных основных или кислотных свойств, им не соответствуют гидроксиды. К несолеобразующим относят четыре оксида: CO, NO, N2O и SiO.
Классификация оксидов
Получение оксидов
Общие способы получения оксидов:
1. Взаимодействие простых веществ с кислородом :
1.1. Окисление металлов: большинство металлов окисляются кислородом до оксидов с устойчивыми степенями окисления.
Не взаимодействуют с кислородом золото, платина, палладий.
Натрий при окислении кислородом воздуха образует преимущественно пероксид Na2O2,
Калий, цезий, рубидий образуют преимущественно пероксиды состава MeO2:
Примечания : металлы с переменной степенью окисления окисляются кислородом воздуха, как правило, до промежуточной степени окисления (+3):
Железо также горит с образованием железной окалины — оксида железа (II, III):
1.2. Окисление простых веществ-неметаллов.
Как правило, при окислении неметаллов образуется оксид неметалла с высшей степенью окисления, если кислород в избытке, или оксид неметалла с промежуточной степенью окисления, если кислород в недостатке.
Оксид серы (VI) можно получить только окислением оксида серы (IV) в жестких условиях в присутствии катализатора:
2SO2 + O2 = 2SO3
Азот окисляется кислородом только при очень высокой температуре (около 2000 о С), либо под действием электрического разряда, и только до оксида азота (II):
Не окисляется кислородом фтор F2 (сам фтор окисляет кислород). Не взаимодействуют с кислородом прочие галогены (хлор Cl2, бром и др.), инертные газы (гелий He, неон, аргон, криптон).
2. Окисление сложных веществ (бинарных соединений): сульфидов, гидридов, фосфидов и т.д.
При окислении кислородом сложных веществ, состоящих, как правило, из двух элементов, образуется смесь оксидов этих элементов в устойчивых степенях окисления.
Сероводород горит с образованием оксида серы (IV) при избытке кислорода и с образованием серы при недостатке кислорода:
А вот аммиак горит с образованием простого вещества N2, т.к. азот реагирует с кислородом только в жестких условиях:
А вот в присутствии катализатора аммиак окисляется кислородом до оксида азота (II):
3. Разложение гидроксидов. Оксиды можно получить также из гидроксидов — кислот или оснований. Некоторые гидроксиды неустойчивы, и самопроизвольную распадаются на оксид и воду; для разложения некоторых других (как правило, нерастворимых в воде) гидроксидов необходимо их нагревать (прокаливать).
гидроксид → оксид + вода
Самопроизвольно разлагаются в водном растворе угольная кислота, сернистая кислота, гидроксид аммония, гидроксиды серебра (I), меди (I):
2AgOH → Ag2O + H2O
2CuOH → Cu2O + H2O
При нагревании разлагаются на оксиды большинство нерастворимых гидроксидов — кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов — гидроксид железа (III) и др.:
Соли, образованные сильными кислотами-окислителями (нитраты, сульфаты, перхлораты и др.), при нагревании, как правило, разлагаются с с изменением степени окисления:
Более подробно про разложение нитратов можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
Химические свойства оксидов
Значительная часть химических свойств оксидов описывается схемой взаимосвязи основных классов неорганических веществ.
Химические свойства основных оксидов
Подробно про химические свойства оксидов можно прочитать в соответствующих статьях:
Основные оксиды, перечень, список, физические и химические свойства
Классификация оксидов
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные оксиды. Если основным оксидам соответствуют основания, то кислотным – кислоты, а амфотерным оксидам соответствуют амфотерные образования. Амфотерными оксидами называют такие соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять либо основные, либо кислотные свойства.
Физические свойства оксидов очень разнообразны. Они могут быть как газами (CO2), так и твердыми (Fe2O3) или жидкими веществами (H2O).
При этом большинство основных оксидов является твердыми веществами различных цветов.
оксиды, в которых элементы проявляют свою высшую активность называются высшими оксидами. Порядок возрастания кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.
Физические свойства основных оксидов:
Общим физическим свойством для всех основных оксидов является то, что они представляют собой твердые вещества. В то время как другие: внешний вид, цвет, плотность, температуры плавления и кипения, молярная масса, твердость и пр. различаются.
| Название оксида: | Химическая формула: | Внешний вид: |
| Оксид бария | BaO | бесцветные кристаллы |
| Оксид калия | K2O | твердое бесцветное или бледно-желтое вещество |
| Оксид кальция | CaO | белое кристаллическое вещество |
| Оксид лития | Li2 O | бесцветные кристаллы |
| Оксид магния | MgO | твердое белое вещество |
| Оксид меди II | CuO | твердое черное вещество |
| Оксид натрия | Na2O | бесцветные кристаллы |
| Оксид ртути II | HgO | твердое вещество красного или желто-оранжевого цвета |
Взаимодействие оксидов с гидроксидами металлов
С гидроксидами металлов как основными, так и амфотерными реагируют кислотные оксиды. При этом образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного гидроксида металла) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.
Кислотные оксиды, которым соответствуют многоосновные кислоты, с щелочами могут образовывать как нормальные, так и кислые соли:
CO2 + NaOH = NaHCO3
«Привередливые» оксиды CO2 и SO2, активности которых, как уже было сказано, не хватает для протекания их реакции с малоактивными основными и амфотерными оксидами, тем не менее, реагируют с большей частью соответствующих им гидроксидов металлов. Точнее, углекислый и сернистый газы взаимодействуют с нерастворимыми гидроксидами в виде их суспензии в воде. При этом образуются только основные соли, называемые гидроксокарбонатами и гидроксосульфитами, а образование средних (нормальных) солей невозможно:
Однако с гидроксидами металлов в степени окисления +3, например, такими, как Al(OH)3, Cr(OH)3 и т.д., углекислый и сернистый газ не реагируют вовсе.
Следует отметить также особую инертность диоксида кремния (SiO2), в природе наиболее часто встречаемого в виде обычного песка. Данный оксид является кислотным, однако из гидроксидов металлов способен реагировать только с концентрированными (50-60%) растворами щелочей, а также с чистыми (твердыми) щелочами при сплавлении. При этом образуются силикаты:
Амфотерные оксиды из гидроксидов металлов реагируют только со щелочами (гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов). При этом при проведении реакции в водных растворах образуются растворимые комплексные соли:
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] — тетрагидроксоцинкат натрия
BeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4] — тетрагидроксобериллат натрия
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] — тетрагидроксоалюминат натрия
Следует отметить, что соли, получаемые сплавлением амфотерных оксидов с твердыми щелочами, могут быть легко получены из растворов соответствующих комплексных солей их упариванием и последующим прокаливанием:
Получение оксидов
Оксиды можно получить самыми разнообразными способами, мы приведем основные из них.
Большинство оксидов можно получить непосредственным взаимодействием кислорода с химических элементом: 
При обжиге или горении различных бинарных соединений:
Термическое разложение солей, кислот и оснований :
Взаимодействие некоторых металлов с водой:
Взаимодействие оксидов друг с другом
Прежде всего нужно четко усвоить тот факт, что среди солеобразующих оксидов (кислотных, основных, амфотерных) практически никогда не протекают реакции между оксидами одного класса, т.е. в подавляющем большинстве случаев невозможно взаимодействие:
1) основный оксид + основный оксид ≠
2) кислотный оксид + кислотный оксид ≠
3) амфотерный оксид + амфотерный оксид ≠
В то время, как практически всегда возможно взаимодействие между оксидами, относящимися к разным типам, т.е. практически всегда протекают реакции между:
1) основным оксидом и кислотным оксидом;
2) амфотерным оксидом и кислотным оксидом;
3) амфотерным оксидом и основным оксидом.
В результате всех таких взаимодействий всегда продуктом является средняя (нормальная) соль.
Рассмотрим все указанные пары взаимодействий более детально.
В результате взаимодействия:
MexOy + кислотный оксид, где MexOy – оксид металла (основный или амфотерный)
образуется соль, состоящая из катиона металла Me (из исходного MexOy) и кислотного остатка кислоты, соответствующей кислотному оксиду.
Для примера попробуем записать уравнения взаимодействия следующих пар реагентов:
В первой паре реагентов мы видим основный оксид (Na2O) и кислотный оксид (P2O5). Во второй – амфотерный оксид (Al2O3) и кислотный оксид (SO3).
Как уже было сказано, в результате взаимодействия основного/амфотерного оксида с кислотным образуется соль, состоящая из катиона металла (из исходного основного/амфотерного оксида) и кислотного остатка кислоты, соответствующей исходному кислотному оксиду.
Попробуем записать в качестве примера уравнения взаимодействия
ZnO + Na2O и Al2O3 + BaO
Как мы уже писали выше, практически всегда протекает реакция:
MexOy + кислотный оксид,
где MexOy – либо основный, либо амфотерный оксид металла.
Однако следует запомнить два «привередливых» кислотных оксида – углекислый газ (CO2) и сернистый газ (SO2). «Привередливость» их заключается в том, что несмотря на явные кислотные свойства, активности CO2 и SO2 недостаточно для их взаимодействия с малоактивными основными и амфотерными оксидами. Из оксидов металлов они реагируют только с активными основными оксидами (оксидами ЩМ и ЩЗМ). Так, например, Na2O и BaO, являясь активными основными оксидами, могут с ними реагировать:
В то время, как оксиды CuO и Al2O3, не относящиеся к активным основным оксидам, в реакцию с CO2 и SO2 не вступают:
CO2 + CuO ≠
SO2 + CuO ≠
Что мы узнали?
При образовании основных оксидов одним из обязательных элементов является кислород.Основные оксиды обладают рядом физических и химических свойств, таких как взаимодействие с водой, кислотами и другими оксидами.
Физические и химические свойства
Свойства оксидов физического характера определяются структурой их строения. Окислам металлов присуще ионное строение, что определяет и их свойства. Чаще всего это твердые вещества самых разных окрасок. Не растворяются в воде, за исключением соединений щелочных и щелочноземельных металлов. Имеют высокие температуры кипения и плавления. Другие свойства определяются их составом.
Вещества, образованные неметаллическими элементами, чаще всего имеют молекулярный вид строения и более разнообразны по агрегатному состоянию — встречаются жидкие, газообразные и твердые оксиды. К жидкостям относятся:
Окиси серы, углерода и азота при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии. Главные химические свойства основных оксидов:
Разные соединения имеют и уникальные свойства. CuO при сплавлении с основаниями, т. е. когда смесь веществ дополнительно нагревают, образует купраты (двойные соли меди и другого металла). Это говорит о слабовыраженных амфотерных свойствах окиси меди.
Также она довольно хорошо восстанавливается до металлического состояния аммиаком, углем и водородом.
FeO распадается при среднем нагревании, но если продолжать поднимать температуру, то получатся оксид Fe3O4 и железо. Может вступать в реакцию с сероводородом и восстанавливаться водородом и коксом. BaO при нагревании до 600 градусов переходит в пероксид бария и может восстановиться до металла при повышении температуры с цинком, магнием и кремнием.
Кислотные оксиды также хорошо реагируют с водой, взаимодействуют с основаниями и основными оксидами. Углекислый газ, растворяясь в воде, образует слабую угольную кислоту, ее применяют для газирования воды, при этом происходит обратная реакция. Диоксид углерода, вступая в реакцию с едким натром NaOH, образует соль угольной кислоты, известную в обиходе как кальцинированная сода. Из углекислого газа получается и так называемая горькая соль MgCO3, для этого нужно соединить CO2 и MgO.
Амфотерные оксиды вступают в химические реакции и с кислотами, и с основаниями. При взаимодействии со щелочами часто получаются соли двойных металлов.
