Оксиди

Вода та вуглекислий газ – найважливіші оксиди на Землі. Вони необхідні життя більшості організмів і формують клімат нашій планеті. Щодня ми взаємодіємо з оксидами і не помічаємо їхнього таємного життя у нас під носом. Ви відкусили яблуко, і за кілька хвилин воно потемніло. «Завітрялось», – подумаєте ви, а це відбулася реакція окислення заліза. Іржа на перилах у під'їзді – також оксид заліза. Фіаніти у ювелірних прикрасах – це діоксид цирконію. Чого вже там, без оксидів рідкісноземельних металів не було б ні телефонів, ні телевізорів із рідкокристалічними екранами – справжній апокаліпсис. Давайте відкрити завісу таємниці і познайомимося з оксидами ближче.

Визначення оксидів

Оксидами називають сполуки з двох хімічних елементів, одним з яких є кисень (Про) у ступені окислення -2.

Усі елементи таблиці Менделєєва, крім фтору, утворюють оксиди. Фтор - самий електронегативний елемент, і при взаємодії з киснем утворюються не оксиди, а фториди (OF₂). Це єдиний випадок, коли кисень має позитивний ступінь окислення.

Запам'ятайте ще одних «шпигунів», що маскуються під оксиди – пероксиди. Головна їх відмінність у цьому, що у цих сполуках ступінь окислення кисню -1. Наприклад:

Пероксидні сполуки дуже небезпечні, серед них багато їдких та вибухонебезпечних речовин, але у невеликих концентраціях вони знаходять широке застосування у нашому житті. Популярний у побуті пероксид – перекис водню H₂O₂. Усі знають: «ніщо так не фарбує дівчину, як перекис водню».

Із винятками розібралися. Настав час дізнатися, на які групи діляться оксиди і які властивості мають.

Корисна інформація про оксиди

Класифікація оксидів

Залежно від хімічних властивостей, а точніше, від здатності утворювати солі, оксиди ділять на дві групи: солеутворюючі та несолетворні. Давайте розглянемо їх докладніше.

Несолетворні оксиди

Це найменша група у неорганічній хімії. До неї відносять оксиди, які не взаємодіють із кислотами та лугами. Таких оксидів чотири,
і всі вони утворені неметалами:

• оксид кремнію(II) SiO,
• оксид вуглецю(II) CO,
• оксид азоту(I) N₂O,
• оксид азоту(II) NO.

Солеутворюючі оксиди

Неважко здогадатися, що солеутворюючі оксиди вступають у реакцію з кислотами або основами з утворенням солі та води. Ця група ділиться на три підгрупи: основні, амфотерні та кислотні.

Основні оксиди

Оксиди, утворені при взаємодії з металами зі ступенем окиснення +1 та +2, називаються основними. Їм відповідають підстави, наприклад: Li₂O, K₂O, Na₂O, Ag₂O, FeO, CrO, MgO.

Винятки: BeO, ZnO, SnO, PbO.

Амфотерні оксиди

Виявляючи подвійну природу, оксиди цієї групи мають як кислотні, так і основні властивості. Вони утворюються металами зі ступенем окиснення +3, +4, а також до них відносяться. BeO, ZnO, SnO, PbO. Наприклад: Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO₂.

Кислотні оксиди

Дана група оксидів утворена сполуками металів зі ступенем окиснення +5 і вище, а також неметалами, крім оксидів SiO, CO, N₂O, NO, які відносяться до несолетворних. Кислотним оксидам відповідають кислоти. Приклади таких сполук: V₂O₅, P₂O₅, Mn₂O₇, CrO₃.

Номенклатура оксидів

Відповідно до номенклатури міжнародного союзу теоретичної та прикладної хімії назви оксидів утворюються таким чином:

Слово «оксид» + назва елемента в родовому відмінку.

Якщо елемент, що утворює оксид, має змінну валентність, вона вказується в дужках римськими цифрами відразу після назви оксиду без пробілу: N₂O₃ - Оксид азоту (III).

Застосовують назви оксидів за кількістю атомів кисню:

• з одним атомом кисню – монооксид, або моноокис (монооксид вуглецю CO),
• два атоми - діоксид, або двоокис (діоксид титану TiO₂),
• три – триоксид, або триокис (триоксид хрому CrO₃).

Деякі оксиди отримали історичні назви, пов'язані з їх відкриттям чи властивостями. Так, у XVII столітті фізик Гемфрі Деві здивувався, що вдихання газу N₂O призводить до сміху, і назвав його «веселячий газ». Крім сміху, вчений виявив, що в нього перестала боліти ясна. Випадковість дозволила відкрити знеболювальні властивості сполуки, і з ХІХ століття газ застосовують при легкому наркозі.

Оксид азоту(IV) NO₂ отримав назву "бурий газ", або "лисий хвіст" через колір.

Оксид натрію Na₂O називають «їдкий луг» через властивості роз'їдати шкіру та залишати сильні хімічні опіки.

У науковому світі використовуються як історичні назви, і регламентовані. Щоб не заплутатися, пропонуємо скористатися таблицею нижче.

Таблиця хімічних формул деяких оксидів

Хімічні властивості основних оксидів

Найскладніше у науці про будову та властивості речовин – хімічні реакції, але лякатися не варто. Розглянемо, з якими речовинами та за яких умов взаємодіють основні оксиди.

Взаємодія з водою

У реакцію з водою вступають лише оксиди активних металів (лужних та лужноземельних) з утворенням розчинної основи – лугів. Малорозчинний гідроксид кальцію Ca(OH)2 відносять до луг як виняток.

Основний оксид + вода → основа (луг)

Якщо забули, розчиняється основа чи ні, можна заглянути в таблицю розчинності.

Взаємодія з кислотними оксидами та кислотами

Кажуть, протилежності притягуються і основні оксиди не виняток. Вони вступають у реакцію з речовинами, що виявляють протилежні, кислотні властивості, і утворюють сіль.

Основний оксид + кислотний оксид → сіль

При взаємодії з кислотами відбувається реакція обміну, яка можлива лише при утворенні розчинної солі:

Основний оксид + кислота → розчинна сіль + вода

Взаємодія з амфотерними оксидами

Основні оксиди не вступають у реакцію з речовинами, що мають схожі властивості. Враховуючи, що амфотерні оксиди виявляють як кислотні, так і основні властивості, реакція проходить тільки з кислотними властивостями, утворюючи сіль:

Основний оксид + амфотерний оксид → сіль

Хімічні властивості кислотних оксидів

Кислотні оксиди, як і основні, – солеутворюючі, отже, теж утворюють солі. Погляньмо, з якими речовинами взаємодіє ця група оксидів.

Взаємодія з водою

Кислотні оксиди взаємодіють із водою, утворюючи кислоти. Винятком є ​​оксид кремнію(IV), відомий як пісок, оскільки відповідає нерозчинна кремнієва кислота.Уявіть, якби пісок розчинявся у воді, що було б із пляжами? Краще про це не думати.

Кислотний оксид + вода → кислота

Здатність кислотних оксидів утворювати кислоти при взаємодії з водою неодноразово призводила до трагічних наслідків.

Після Другої світової війни у ​​Британії було багато вугільних електростанцій, а якість вугілля була низькою. SO₂У грудні 1952 року на Лондон опустився густий туман. хмара, а погодні умови не давали смертельним парам розвіятись. За чотири дні туман забрав. життя чотирьох тисяч чоловік, а в подальшому кількість жертв досягла 12 тисяч.

Незважаючи на такі «страшні» властивості діоксиду сірки, в малих дозах він нешкідливий і використовується як консервант.

Взаємодія з основними оксидами та лугами

При взаємодії кислотного оксиду з основним відбувається реакція сполуки, яка розглянута у хімічних властивостях основних оксидів, але повторимо для закріплення матеріалу: кислотний оксид + основний оксид → сіль. SO₃ + Na₂O → Na₂SO₄ (сульфат натрію).

При взаємодії із лугом відбувається реакція обміну:

Кислотний оксид + луг → сіль + вода

Взаємодія з амфотерними оксидами та гідроксидами

З амфотерними оксидами та гідроксидами взаємодіють лише оксиди сильних та середніх кислот.

Кислотний оксид + амфотерний оксид → сіль
Кислотний оксид + гідроксид → сіль + вода (іноді без води)

Окремо відзначимо оксиди SO₂ і CO₂, Що реагують з нерозчинними гідроксидами у вигляді суспензій у воді з утворенням основних солей, тобто солей, в яких гідроксогрупа заміщена не повністю. Утворення нормальних солей у разі неможливо. Однак з гідроксидами металів у ступені окислення +3 вуглекислий та сірчистий газ не реагують.

Хімічні властивості амфотерних оксидів

Амфотерні оксиди мають подвійну природу. При взаємодії з кислотами вони виявляють основні властивості, а при взаємодії із основами – кислотні. Розглянемо реакції докладніше.

Взаємодія з водою

Амфотерні оксиди не розчиняються у воді і не реагують із нею. Оксиди можуть реагувати з водою тільки з утворенням гідроксиду розчинного, проте всі амфотерні гідроксиди нерозчинні.

Взаємодія з кислотними оксидами та кислотою

Виявляючи основні властивості, амфотерні оксиди вступають у реакцію з кислотними оксидами та кислотою з утворенням солей.

Амфотерний оксид + кислотний оксид → сіль

Амфотерний оксид + кислота → розчинна сіль + вода

Взаємодія з основними оксидами

Реакції з основними оксидами протікають за високої температури, а амфотерні оксиди виявляють кислотні властивості. В результаті взаємодії виходить сіль:

Амфотерний оксид + основний оксид → сіль

Взаємодія з лугами

За такої взаємодії амфотерні оксиди виявляють основні властивості, але механізм реакцій залежить від умов протікання.

1. У розчині виходять комплексні солі:

амфотерний оксид + луг + вода → комплексна сіль

2. При сплавленні – звичайні солі:

амфотерний оксид + луг → сіль + вода

Одержання оксидів

Існує багато способів одержання оксидів, тому розглянемо лише основні.

1.Найпростіший спосіб одержання оксиду – окислення металів та неметалів, тобто простих речовин:

Винятки:

Золото, платина та паладій.

Натрій з киснем утворює пероксид, а калій, рубідій та цезій з киснем утворюють не оксиди, а надпероксиди:

Не взаємодіють з киснем галогени (VII група), інертні гази (VIII група) і фосфор (має більшу електронегативність, ніж кисень).

2. При горінні або випалюванні утворюється оксид того елемента, з якого утворена складна речовина:

3. Термічне розкладання солей, основ та кислот з утворенням оксидів:

Якщо ви відпочивали в Туреччині, то, напевно, бачили або чули про травертини в селищі Памуккале. Це диво природи – результат розкладання солі. Гаряча вода підземних джерел протікає через поклади вапняку та насичується іонами кальцію. У звичайних умовах крейда (карбонат кальцію) у воді розчиняється погано, але термальна вода насичена вуглекислим газом, і відбувається реакція, при якій утворюється розчинний бікарбонат кальцію:

Коли насичена іонами кальцію та вуглекислого газу термальна вода виривається на поверхню, відбувається реакція розкладання, і карбонат кальцію випадає в осад, утворюючи білі тераси та басейни:

Тепер ви знаєте таємницю травертинів, але повернемося до способів одержання оксидів.

4. Оксиди одержують при взаємодії деяких металів з водою за високої температури:

Головне, не кидайте у воду натрій. Оксид за такої реакції не вийде, а вибух можливий. Справа в тому, що натрій у воді виділяє тепло та плавиться. Реакція протікає з виділенням водню, який легко запалюється. Хіміки мають приказку: «Не хочете бути калікою? Киньте далі натрій у річку». Ризикові люди ці хіміки.

Завдання на тему «Оксиди»

Від теорії перейдемо до практики та закріпимо знання вправами.

Завдання 1

Визначте, чи солеутворюючий оксид чи ні. Для солеутворювальних оксидів визначте тип оксиду. Обґрунтуйте рішення.

Завдання 2

З якими із зазначених речовин реагуватиме оксид кремнію(IV): H2O, NaOH, HF, CaO. Складіть рівняння можливих реакцій.

Завдання 3

З якими із зазначених речовин реагуватиме оксид натрію: CO₂, HCl, H₂O, NaOH. Складіть рівняння можливих реакцій.

Відповіді до завдань

Перевіримо, як ви впоралися із завданнями.

Завдання 1

ZnO – солеутворюючий амфотерний оксид, ступінь окислення 2 (викл.),
SiO - несолетворний оксид,
Al₂O₃ - солеутворюючий амфотерний оксид, ступінь окислення 3,
CO₂ - солеутворюючий кислотний оксид, неметал,
Na₂O₂ – пероксид, не є оксидом,
MnO - солеутворюючий основний оксид, ступінь окислення 2.

Завдання 2

Завдання 3

3 теми з хімії з простими поясненнями

Знаючи зміст цих статей, можна без страху вирушати на будь-яку контрольну.

1. Що таке ступінь окислення елемента
2. Будова та властивості кристалічних грат
3. Сучасні уявлення про будову атома

Популярні запитання та відповіді

Відповідає Тетяна Архіпова, онлайн-репетитор, вчитель Лікіно-Дулівського ліцею (Орехово-Зуєвський міський округ), експерт з підготовки до ЄДІ та ОДЕ з хімії та біології:

Як розрізняти кислотні та основні оксиди?

Для визначення типу оксиду скористайтеся таким алгоритмом:

1. Якщо перед вами один із оксидів: SiO, CO, N₂O, NO – це несолетворний оксид, інакше переходьте до наступного пункту.
2. Визначте, яким елементом утворений оксид: металом чи неметаллом.
3. Якщо перед вами оксид неметалу – це кислотний оксид.
4. Якщо перед вами оксид металу:
ступінь окислення металу +1 або +2 – це основний оксид (крім BeO, ZnO, SnO, PbO),
ступінь окислення металу +3, +4 або винятки з попереднього пункту (BeO, ZnO, SnO, PbO) – амфотерний оксид,
ступінь окислення металу +5 та вище – оксид кислотний.

Що не реагує із кислотними оксидами?

Кислотні оксиди не реагують із кислотами, але є кілька винятків:
• P₂O₅ реагує з кисневмісними кислотами,
• діоксид кремнію SiO₂ реагує з плавиковою кислотою HF,
• оксид сірки(IV) SO₂ реагує із сірководневою (H₂S) та азотної (HNO₃) кислотою,
• оксид фосфору(III) P₂O₃ реагує із сірчаною (H₂SO₄) та азотної (HNO₃) кислотою.

Чому тему «Оксиди» вивчають у 8 класі?

Тема «Оксиди» вивчається у розділі «З'єднання хімічних елементів». Розділ є фундаментальним у курсі неорганічної хімії, оскільки учні набувають знання про номенклатуру, класифікацію та властивості оксидів, основ, кислот та солей.

Клас «Оксиди» – це перший із чотирьох класів складних речовин, які належить вивчити у 8 класі. На цих сполуках відпрацьовуються поняття "ступінь окислення", "валентність", алгоритм складання назв речовин за формулою та написання формул за назвами. Крім того, величезна кількість оточуючих нас відноситься до цього класу.

У якому завданні ЄДІ перевіряється знання оксидів?

Знання про особливості будови оксидів застосовні у завданні № 4, де розглядаються кристалічні грати та характеристики хімічних зв'язків усередині сполук.

У завданнях № 5, 7, 8 та 9 перевіряються знання про хімічні властивості оксидів. У завданні № 5 із дев'яти запропонованих речовин необхідно вибрати ті, що відповідають заданим критеріям.У завданні № 7 зі списку кількох варіантів реагентів необхідно вибрати єдино правильний для конкретної речовини. У завданні № 8 зіставляються формули реагентів та продуктів реакції, а в завданні № 9 вибирається пропущений реагент у ланцюжку хімічних реакцій.

Крім цього, тема оксидів торкається завдань підвищеної складності з розгорнутою відповіддю. Наприклад, завдання № 31 зустрічається опис хімічної реакції з участю оксидів, і правильне рішення першої реакції впливає написання наступних рівнянь. А в завданні № 34 знання про оксиди допоможуть при вирішенні задач на розрахунок масової частки речовини у суміші. Обидва завдання «дорогі» за кількістю балів і за правильного рішення принесуть 8 первинних балів.

Оксиди: класифікація, одержання та хімічні властивості

Оксиди - Це складні речовини, які складаються з атомів двох елементів, один з яких - кисень зі ступенем окиснення -2. При цьому кисень пов'язаний лише з меншим електронегативним елементом.

Залежно від другого елемента оксиди виявляють різні хімічні властивості. У шкільному курсі оксиди традиційно ділять на солеутворюючі та несолетворні. Деякі оксиди відносять до солеподібних (подвійних).

Подвійні оксиди - це деякі оксиди, утворені елементом з різними ступенями окиснення.

Солеутворюючі оксиди ділять на основні, амфотерні та кислотні.

Основні оксиди - це оксиди, що мають характерні основні властивості. До них відносять оксиди, утворені атомами металів зі ступенем окиснення +1 та +2.

Кислотні оксиди - це оксиди, що характеризуються кислотними властивостями. До них відносять оксиди, утворені атомами металів зі ступенем окиснення +5, +6 та +7, а також атомами неметалів.

Амфотерні оксиди - це оксиди, що характеризуються і основними, і кислотними властивостями. Це оксиди металів зі ступенем окиснення +3 і +4, а також чотири оксиди зі ступенем окиснення +2: ZnO, PbO, SnO та BeO.

Несолетворні оксиди не виявляють характерних основних чи кислотних властивостей, їм відповідають гидроксиды. До несолетворних відносять чотири оксиди: CO, NO, N₂O та SiO.

Класифікація оксидів

Одержання оксидів

Загальні способи одержання оксидів:

1. Взаємодія простих речовин із киснем :

1.1. Окислення металів: більшість металів окислюються киснем до оксидів зі стійкими ступенями окиснення.

Наприклад, алюміній взаємодіє з киснем з утворенням оксиду:

Не взаємодіють із киснем золото, платина, паладій.

Натрій при окисленні киснем повітря утворює переважно пероксид Na₂O₂:

Калій, цезій, рубідій утворюють переважно надпероксиди складу MeO₂:

Примітки : метали зі змінним ступенем окиснення окислюються киснем повітря, як правило, до проміжного ступеня окиснення (+3):

Залізо також горить з утворенням залізної окалини - оксиду заліза (II, III):

1.2. Окислення простих речовин-неметалів.

Як правило, при окисленні неметалів утворюється оксид неметалу з вищим ступенем окислення, якщо кисень у надлишку, або оксид неметалу з проміжним ступенем окислення, якщо кисень у нестачі.

Наприклад , фосфор окислюється надлишком кисню до оксиду фосфору (V), а під дією нестачі кисню до оксиду фосфору (III):

Але є деякі винятки .

Наприклад , сірка згоряє тільки до оксиду сірки (IV):

Оксид сірки (VI) можна отримати тільки окисленням оксиду сірки (IV) у жорстких умовах у присутності каталізатора:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

Азот окислюється киснем тільки при дуже високій температурі (близько 2000 про С) або під дією електричного розряду, і тільки до оксиду азоту (II):

Не окислюється киснем фтор F₂ (Сам фтор окислює кисень). Не взаємодіють з киснем інші галогени (хлор Cl₂, бром та ін), інертні гази (гелій He, неон, аргон, криптон).

2. Окислення складних речовин (бінарних сполук): сульфідів, гідридів, фосфідів тощо.

При окисненні киснем складних речовин, що складаються, як правило, з двох елементів, утворюється суміш оксидів цих елементів у стійких ступенях окиснення.

Наприклад , при спалюванні піриту FeS₂ утворюються оксид заліза (III) та оксид сірки (IV):

Сірководень горить з утворенням оксиду сірки (IV) при надлишку кисню та з утворенням сірки при нестачі кисню:

А ось аміак горить із утворенням простої речовини N₂, т.к. азот реагує з киснем лише у жорстких умовах:

А ось у присутності каталізатора аміак окислюється киснем до оксиду азоту (II):

Вправи для тренування: встановіть відповідність між речовиною та продуктом її окислення надлишків кисню:

3. Розкладання гідроксидів. Оксиди можна отримати з гідроксидів - кислот або основ.

Деякі гідроксиди нестійкі, і мимоволі розпадаються на оксид та воду; для розкладання деяких інших (зазвичай нерозчинних у воді) гідроксидів необхідно їх нагрівати (прожарювати).

гідроксид → оксид + вода

Мимовільно розкладаються у водному розчині вугільна кислота, сірчиста кислота, гідроксид амонію, гідроксиди срібла (I), міді (I):

2AgOH → Ag₂O+H₂O

2CuOH → Cu₂O+H₂O

При нагріванні розкладаються на оксиди нерозчинні гідроксиди - кремнієва кислота, гідроксиди важких металів - гідроксид заліза (III) та ін.

4. Ще один спосіб отримання оксидів розкладання складних сполук - солей .

Наприклад , нерозчинні карбонати та карбонат літію при нагріванні розкладаються на оксиди:

Солі, утворені сильними кислотами-окислювачами (нітрати, сульфати, перхлорати та ін.), при нагріванні, як правило, розкладаються зі зміною ступеня окислення:

Докладніше про розкладання нітратів можна прочитати у статті Окислювально-відновлювальні реакції.

Хімічні властивості оксидів

Значна частина хімічних властивостей оксидів описується схемою взаємозв'язку основних класів неорганічних речовин.

1. Оксид + вода = гідроксид

Оксиди реагують з водою, якщо утворюється розчинний гідроксид.

1.1. Основний оксид + вода = луг

Наприклад , оксид натрію реагує з водою з утворенням гідроксиду натрію:

Na₂O+H₂O = 2NaOH

Оксид міді (II) з водою не реагує, гідроксид міді (II) нерозчинний:

CuO+H₂O ≠

1.2. Амфотерний оксид + вода ≠

Оскільки всі амфотерні гідроксиди нерозчинні у воді, амфотерні оксиди з водою не реагують.

ZnO+H₂O ≠

1.3. Кислотний оксид + вода = кислота

Наприклад , оксид сірки (VI) реагує з водою з утворенням сірчаної кислоти:

Оксид кремнію (IV) з водою не реагує, кремнієва кислота нерозчинна:

2. Оксид + оксид = сіль

Оксид реагує з оксидом, якщо взаємодіють оксиди різних типів. Оксиди одного типу один з одним не реагують.

2.1. Основний оксид + кислотний оксид = сіль

При складанні формули солі катіон металу беремо з основного оксиду, кислотний залишок - з кислотного оксиду, який відповідає цьому кислотному оксиду.

Наприклад , оксид калію реагує з оксидом сірки (IV) з утворенням сульфіту калію:

Оксиду сірки (IV) відповідає сірчиста кислота та кислотний залишок сульфіт:

2.2. Основний оксид + основний оксид ≠

Наприклад , оксид літію не реагує з оксидом кальцію, оскільки обидва оксиди - основні.

Li₂O + CaO ≠

2.3. Основний оксид + амфотерний оксид = сіль

При складанні формули солі катіон металу беремо з основного оксиду, кислотний залишок - з амфотерного оксиду, який відповідає цьому амфотерному оксиду.

Наприклад , оксид калію реагує з оксидом цинку з утворенням калію цинку.

Оксиду цинку відповідає амфотерний гідроксид цинку та кислотний залишок цинку:

2.4. Амфотерний оксид + амфотерний оксид ≠

Наприклад , оксид берилію не реагує з оксидом цинку, так як обидва оксиди - амфотерні.

BeO + ZnO ≠

2.5. Амфотерний оксид + кислотний оксид = сіль

При складанні формули солі катіон металу беремо з амфотерного оксиду, кислотний залишок - з кислотного оксиду, який відповідає цьому кислотному оксиду.

Наприклад , оксид хрому (III) реагує з оксидом сірки (VI) з утворенням сульфату хрому (III):

Оксиду сірки (VI) відповідає сірчана кислота та кислотний залишок сульфат:

2.6. Кислотний оксид + кислотний оксид ≠

Наприклад , оксид азоту (V) не реагує з оксидом вуглецю (IV), оскільки обидва оксиди - кислотні.

Хімічні властивості оксидів

Детально про хімічні властивості оксидів можна прочитати у відповідних статтях: