Оксиды. Получение и свойства
Хотелось бы дать возможно более
простое определение оксида - это
соединение элемента с кислородом. Но
существуют кислоты и соли. Рассмотрим
соединения H2O2 и BaO2. Перекись
водорода является слабой кислотой
(она диссоциирует в воде давая ионы
водорода и анионы HO2- и O2-2).
Пероксид бария - это бариевая соль
перекиси водорода. У молекул H2O2 и
BaO2 есть кислородный мостик -O-O-,
поэтому степень окисления кислорода в
этих соединениях -1. В неорганической
химии обычно пероксиды к классу
оксидов не относят и поэтому
необходимо уточнить определение
оксида таким образом, чтобы
пероксиды в этот класс не попадали.
Фтор самый активный неметалл и вслед
за ним идет кислород. Формальная
степень окисления атома кислорода в
оксиде фтора +2, а во всех других
оксидах -2. Следовательно, оксидами
называют соединения элементов с
кислородом, в которых кислород
проявляет формальную степень
окисления равную -2 (за исключением
оксида фтора, где она равна +2).
Один и тот же химический элемент
может образовывать с кислородом не
один оксид, а несколько, например, у
азота известны оксиды N2O, NO, N2O3,
NO2, N2O4, N2O5. Во всех этих оксидах
степень окисления у кислорода -2, а у
азота, соответственно, +1, +2, +3, +4,
+4 и +5. У двух оксидов: NO2 и N2O4
степен окисления азота и кислорода
совпадают. В названии веществ
отражается история развития химии
как науки. В период накопления
экспериментальных данных в химии
названия веществ отражали либо
способ их получения (жженая
магнезия: MgCO3 ® MgO + CO2), либо
характер воздействия на человека
(N2O - веселящий газ), либо сферу
применения (пурпурно-красная краска
"сурик" - Pb3O4) и т.д. По мере того как
все большее число людей изучало
химию, по мере того как все большее
число веществ надо было
охарактеризовать и запомнить
возникла необходимость просто
словами называть формулу вещества.
Введение понятий валентность,
степень окисления и т.д. влияло на
названия веществ. Мы приведем
таблицу, в которой даны названия
оксидов азота при использовании
различных стилей и номенклатур.
Получение оксидов
При изучении данной главы особое
внимание будет уделено взаимосвязи
"родственных" веществ из разных
классов.
Как получить оксиды из простых
веществ? Их окислением:
2Mg + O2 = 2MgO,
2C + O2 = 2CO,
C + O2 = CO2.
Рассмотрим лишь принципиальную
возможность получения оксида из
простых веществ. Получение CO и CO2
будет рассмотрено в разделе "Углерод".
Можно ли получить оксиды из оксидов?
Да:
2SO2 + O2 = 2SO3,
2SO3 = 2SO2 + O2,
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2.
Можно ли получить оксиды из
гидроксидов ? Да:
Ca(OH)2 CaO + H2O,
H2CO3 = CO2 + H2O.
Можно ли получить оксиды из солей ?
Да:
CaCO3 CaO + CO2,
2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2.
Свойства оксидов
Если посмотреть внимательно реакции,
написанные выше, то те из них, в
которых оксиды встречались в левой
части уравнения, будут говорить нам о
свойствах оксидов. Эти общие для всех
оксидов свойства относятся к
окислительно-восстановительным
процессам:
2SO2 + O2 = 2SO3,
2SO3 = 2SO2 + O2,
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2,
Al + Fe2O3 = Al2O3 + Fe,
C + Fe2O3 = CO + 2FeO.
Но тем не менее, свойства оксидов
обычно рассматриваются с учетом их
классификации.
Свойства основных оксидов
Прежде всего надо показать, что
отвечающие им гидроксиды являются
основаниями:
CaO + H2O = Ca(OH)2,
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-,
т.е. оксиды щелочных и
щелочно-земельных металлов при
взаимодействии с водой дают
растворимые в воде основания,
которые называются щелочами.
Основные оксиды, реагируя с
кислотными или амфотерными
оксидами, дают соли:
CaO + SO3 = CaSO4,
BaO + Al2O3 = Ba(AlO2)2.
Основные оксиды, реагируя с
кислотными или амфотерными
гидроксидами, дают соли:
CaO + H2SO4 = CaSO4 + H2O,
K2O + Zn(OH)2 = K2ZnO2 + H2O.
Основные оксиды, реагируя с кислыми
солями, дают средние соли:
CaO + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3 + H2O.
Основные оксиды, реагируя с
нормальными солями, дают основные
соли:
MgO + MgCl2 + H2O = 2Mg(OH)Cl.
Свойства кислотных оксидов
Отвечающие кислотным оксидам
гидроксиды являются кислотами:
SO3 + H2O = H2SO4,
H2SO4 = 2H+ + SO42- .
Многие кислотные оксиды, растворяясь
в воде, дают кислоты. Но есть и такие
кислотные оксиды, которые не
растворяются в воде и с ней не
взаимодействуют: SiO2.
Кислотные оксиды, реагируя с
основными или амфотерными оксидами,
дают соли:
SiO2 + CaO = CaSiO3,
3SO3 + Al2O3 = Al2(SO4)3.
Кислотные оксиды, реагируя с
основными или амфотерными
гидроксидами, дают соли:
SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O,
SO3 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + H2O.
Кислотные оксиды, реагируя с
основными солями, дают средние соли.
Кислотные оксиды, реагируя с
нормальными солями, дают кислые соли:
CO2 + CaCO3 + H2O = Ca(HCO3)2.
Свойства амфотерных оксидов
Отвечающие амфотерным оксидам
гидроксиды обладают амфотерными
свойствами:
Zn(OH)2 = Zn2+ + 2OH-,
H2ZnO2 = 2H+ + ZnO22-.
Амфотерные оксиды не растворяются в
вводе.
Амфотерные оксиды, реагируя с
основными или с кислотными оксидами,
дают соли:
Al2O3 + K2O = 2KAlO2,
Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3.
Амфотерные оксиды, реагируя с
основными или кислотными
гидроксидами, дают соли:
ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O,
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.