Оксиды, их классификация и свойства - это основа такой важной науки, как химия. Их начинают изучать в первый год обучения химии. В таких точных науках, как математика, физика и химия, весь материал связан между собой, именно поэтому неусвоение материала влечет за собой непонимание новых тем. Поэтому очень важно разобраться в теме оксидов и полностью в ней ориентироваться. Об этом мы с вами сегодня и постараемся поговорить более подробно.
Что такое оксиды?
Оксиды, их классификация и свойства - это то, что нужно понять первостепенно. Итак, что же такое оксиды? Вы помните это из школьной программы?
Оксиды (или оксилы) - бинарные соединения, в состав которых входят атомы электроотрицательного элемента (менее электроотрицательный, чем кислород) и кислорода со степенью окисления -2.
Окислы - это невероятно распространенные на нашей планете вещества. Примеры оксидного соединения: вода, ржавчина, некоторые красители, песок и даже углекислый газ.
Образование оксидов
Окислы можно получить самыми различными способами. Образование окислов также изучает такая наука, как химия. Оксиды, их классификация и свойства - вот, что должны знать ученые, чтобы понять, как образовался тот или иной оксид. Например, они могут быть получены путем прямого соединения атома (или атомов) кислорода с химическим элементом - это взаимодействие химических элементов. Однако есть и косвенное образование оксидов, это когда оксиды образуются путем разложения кислот, солей или оснований.
Классификация оксидов
Оксиды и их классификация зависят от того, как они образовались. По своей классификации окислы делятся всего на две группы, первая из которых солеобразующие, а вторая несолеобразующие. Итак, рассмотрим подробнее обе группы.
Солеобразующие оксиды - это довольно большая группа, которая делится на амфотерные, кислотные и основные оксиды. В результате любой химической реакции солеобразующие оксиды образуют соли. Как правило, в состав оксидов солеобразующих входят элементы металлов и неметаллов, которые в результате химической реакции с водой образуют кислоты, но при взаимодействии с основаниями образуют соответствующие кислоты и соли.
Несолеобразующие окислы - это такие окислы, которые в результате химической реакции не образуют соли. Примерами таких окислов могут служить и углерода.
Амфотерные оксиды
Оксиды, их классификация и свойства - очень важные в химии понятия. В состав солеобразующих входят оксиды амфотерные.
Амфотерные оксиды - это такие окислы, которые могут проявлять основные или кислотные свойства, в зависимости от условий химических реакций (проявляют амфотерность). Такие окислы образуются переходными металлами (медь, серебро, золото, железо, рутений, вольфрам, резерфордий, титан, иттрий и многие другие). Амфотерные окислы реагируют с сильными кислотами, а в результате химической реакции они образуют соли этих кислот.
Кислотные оксиды
Или ангидриды - это такие окислы, которые в химических реакциях проявляют а также образуют кислородсодержащие кислоты. Ангидриды всегда образуются типичными неметаллами, а также некоторыми переходными химическими элементами.
Оксиды, их классификация и химические свойства - это важные понятия. Например, у кислотных оксидов химические свойства совершенно отличаются от амфотерных. Например, когда ангидрид взаимодействует с водой, образуется соответствующая кислота (исключение составляет SiO2 - Ангидриды взаимодействуют с щелочами, а в результате таких реакций выделяется вода и сода. При взаимодействии с образуется соль.
Основные оксиды
Основные (от слова "основание") окислы - это оксиды химических элементов металлов со степенями окисления +1 или +2. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы, а также химический элемент магний. Основные окислы отличаются от других тем, что именно они способны реагировать с кислотами.
Основные окислы взаимодействуют с кислотами, в отличии от кислотных оксидов, а также с щелочами, водой, другими оксидами. В результате этих реакций, как правило, образуются соли.
Свойства оксидов
Если внимательно изучить реакции различных оксидов, можно самостоятельно сделать выводы о том, какими химическими свойствами оксилы наделены. Общее химическое свойство абсолютно всех оксидов заключается в окислительно-восстановительном процессе.
Но тем не менее, все окислы отличаются друг от друга. Классификация и свойства оксидов - это две взаимосвязанные темы.
Несолеобразующие оксиды и их химические свойства
Несолеобразующие окислы - это такая группа оксидов, которая не проявляет ни кислотных, ни основных, ни амфотерных свойств. В результате химических реакций с несолеобразующими оксидами никаких солей не образуется. Раньше такие оксиды называли не несолеобразующими, а безразличными и индиффирентными, но такие названия не соответсвуют свойствам несолеобразующих оксидов. По своим свойствам эти оксилы вполне способны к химическим реакциям. Но несолебразующих оксидов очень мало, они образованы одновалентными и двухвалентными неметаллами.
Из несолеобразующих оксидов в результате химической реакции могут быть получены солеобразующие оксиды.
Номенклатура
Практически все оксиды принято называть так: слово "оксид", после чего следует название химического элемента в родительном падеже. Например, Al2O3 - это оксид алюминия. На химическом языке этот окисл читается так: алюминий 2 о 3. Некоторые химические элементы, такие как медь, могут иметь несколько степеней оксиления, соответственно, оксиды тоже будут разными. Тогда оксид CuO - это оксид меди (два), то есть со степенью оксиления 2, а оксид Cu2O - это оксид меди (три), который имеет степень оксиления 3.
Но существуют и другие наименования оксидов, которые выделяют по числу в соединении атомов кислорода. Монооксидом или моноокисью называют такие оксиды, в которых содержится всего один атом кислорода. Диоксидами называют такие оксилы, в которых содержится два атома кислорода, о чем сообщается приставка "ди". Триоксидами называют такие оксиды, в которых содержится уже три атома кислорода. Такие наименования как монооксид, диоксид и триоксид, уже устарели, но часто встречаются в учебниках, книгах и других пособиях.
Существуют и так называемые тривиальные названия оксидов, то есть те, которые сложились исторически. Например, CO - это окисл или монооксид углерода, но даже химики чаще всего называют это вещество угарным газом.
Итак, оксид - это соединение кислорода с химическим элементом. Основной наукой, которая изучает их образование и взаимодействия, является химия. Оксиды, их классификация и свойства - это несколько важных тем в науке химия, не поняв которую нельзя понять все остальное. Окислы - это и газы, и минералы, и порошки. Некоторые окислы стоит подробно знать не только ученым, но и обычным людям, ведь они даже могут быть опасны для жизни на этой земле. Окислы - это тема очень интересная и достаточно легкая. Соединения оксидов очень часто встречаются в повседневной жизни.
Оксиды — это неорганические соединения, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Единственным элементом, не образующим оксид, является фтор , который в соединении с кислородом образует фторид кислорода. Это связано с тем, что фтор является более электроотрицательным элементом, чем кислород.
Данный класс соединений является очень распространенным. Каждый день человек встречается с разнообразными оксидами в повседневной жизни. Вода, песок, выдыхаемый нами углекислый газ, выхлопы автомобилей, ржавчина — все это примеры оксидов.
Классификация оксидов
Все оксиды, по способности образовать соли, можно разделить на две группы:
- Солеобразующие оксиды (CO 2 , N 2 O 5 ,Na 2 O, SO 3 и т. д.)
- Несолеобразующие оксиды(CO, N 2 O,SiO, NO и т. д.)
В свою очередь, солеобразующие оксиды подразделяют на 3 группы:
- Основные оксиды — (Оксиды металлов — Na 2 O, CaO, CuO и т д)
- Кислотные оксиды — (Оксиды неметаллов, а так же оксиды металлов в степени окисления V-VII — Mn 2 O 7 ,CO 2 , N 2 O 5 , SO 2 , SO 3 и т д)
- (Оксиды металлов со степенью окисления III-IV а так же ZnO, BeO, SnO, PbO)
Данная классификация основана на проявлении оксидами определенных химических свойств. Так, основным оксидам соответствуют основания, а кислотным оксидам — кислоты
. Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием соответствующей соли, как если бы реагировали основание и кислота, соответствующие данным оксидам:
Аналогично, амфотерным оксидам соответствуют амфотерные основания
, которые могут проявлять как кислотные, так и основные свойства:
Химические элементы проявляющие разную степень окисления, могут образовывать различные оксиды. Чтобы как то различать оксиды таких элементов, после названия оксиды, в скобках указывается валентность
.
CO 2 – оксид углерода (IV)
N 2 O 3 – оксид азота (III)
Физические свойства оксидов
Оксиды весьма разнообразны по своим физическим свойствам. Они могут быть как жидкостями (Н 2 О), так и газами (СО 2 , SO 3) или твёрдыми веществами (Al 2 O 3 , Fe 2 O 3). Приэтом оснОвные оксиды, как правило, твёрдые вещества. Окраску оксиды также имеют самую разнообразную — от бесцветной (Н 2 О, СО) и белой (ZnO, TiO 2) до зелёной (Cr 2 O 3) и даже чёрной (CuO).
Основные оксиды
Некоторые оксиды реагируют с водой с образованием соответствующих гидроксидов (оснований):Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами с образованием солей:Аналогично реагируют и с кислотами, но с выделением воды:Оксиды металлов, менее активных чем алюминий, могут восстанавливаться до металлов:
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды в реакции с водой образуют кислоты:Некоторые оксиды (например оксид кремния SiO2) не взаимодействуют с водой, поэтому кислоты получают другими путями.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основными оксидами, образую соли:Таким же образом, с образование солей, кислотные оксиды реагируют с основаниями:Если данному оксиду соответствует многоосновная кислота, то так же может образоваться кислая соль:Нелетучие кислотные оксиды могут замещать в солях летучие оксиды:
Как уже говорилось ранее, амфотерные оксиды, в зависимости от условий, могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Так они выступают в качестве основных оксидов в реакциях с кислотами или кислотными оксидами, с образованием солей: И в реакциях с основаниями или основными оксидами проявляют кислотные свойства:
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:
Применение оксидов
Оксиды крайне распространены по всему земному шару и находят применение как в быту, так и в промышленности. Самый важный оксид — оксид водорода, вода — сделал возможной жизнь на Земле. Оксид серы SO 3 используют для получения серной кислоты, а также для обработки пищевых продуктов — так увеличивают срок хранения, например, фруктов.
Оксиды железа используют для получения красок, производства электродов, хотя больше всего оксидов железа восстанавливают до металлического железа в металлургии.
Оксид кальция, также известный как негашеная известь, применяют в строительстве. Оксиды цинка и титана имеют белый цвет и нерастворимы в воде, потому стали хорошим материалом для производства красок — белил.
Оксид кремния SiO 2 является основным компонентом стекла. Оксид хрома Cr 2 O 3 применяют для производства цветных зелёных стекол и керамики, а за счёт высоких прочностных свойств — для полировки изделий (в виде пасты ГОИ).
Оксид углерода CO 2 , который выделяют при дыхании все живые организмы, используется для пожаротушения, а также, в виде сухого льда, для охлаждения чего-либо.
Свойства оксидов
Оксиды
- это сложные химические вещества, представляющие собой химические соединения простых элементов с кислородом. Они бывают солеобразующими
и не образующие соли
.
При этом солеобразующие бывают 3-х типов: основными
(от слова "основание"), кислотными
и амфотерными
.
Примером окислов, не образующих соли, могут быть: NO (окись азота) - представляет собой бесцветный газ, без запаха. Он образуется во время грозы в атмосфере. CO (окись углерода) - газ без запаха, образуется при сгорании угля. Его обычно называют угарным газом. Существуют и другие окислы, не образующие соли.
Теперь разберём подробнее каждый вид солеобразующих окислов.
Основные оксиды
Основные оксиды
- это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химической реакции с кислотами или кислотными оксидами и не реагируют с основаниями или основными оксидами. Например, к основным относятся следующие:
K 2 O (окись калия), CaO (окись кальция), FeO (окись железа 2-валентного).
Рассмотрим химические свойства оксидов на примерах
1. Взаимодействие с водой:
- взаимодействие с водой с образованием основания (или щёлочи)
CaO+H 2 O→ Ca(OH) 2 (известная реакция гашения извести, при этом выделяется большое количества тепла!)
2. Взаимодействие с кислотами:
- взаимодействие с кислотой с образованием соли и воды (раствор соли в воде)
CaO+H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 O (Кристаллы этого вещества CaSO 4 известны всем под названием "гипс").
3. Взаимодействие с кислотными оксидами: образование соли
CaO+CO 2 → CaCO 3 (Это вещество известно всем - обычный мел!)
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды - это сложные химические вещества, относящиеся к окислам, которые образуют соли при химическом взаимодействии с основаниями или основными оксидами и не взаимодействуют с кислотными оксидами.
Примерами кислотных окислов могут быть:
CO 2 (всем известный углекислый газ), P 2 O 5 - оксид фосфора (образуется при сгорании на воздухе белого фосфора), SO 3 - триокись серы - это вещество используют для получения серной кислоты .
Химическая реакция с водой
CO 2 +H 2 O→ H 2 CO 3 - это вещество - угольная кислота - одна из слабых кислот, её добавляют в газированную воду для "пузырьков" газа. С повышением температуры растворимость газа в воде уменьшается, а его излишек выходит в виде пузырьков.
Реакция с щелочами (основаниями):
CO 2 +2NaOH→ Na 2 CO 3 +H 2 O- образовавшееся вещество (соль) широко используется в хозяйстве. Её название - кальцинированная сода или стиральная сода, - отличное моющее средство для подгоревших кастрюль, жира, пригара. Голыми руками работать не рекомендую!
Реакция с основными оксидами:
CO 2 +MgO→ MgCO 3 - получившая соль - карбонат магния - ещё называется "горькая соль".
Амфотерные оксиды
Амфотерные оксиды - это сложные химические вещества, также относящиеся к окислам, которые образуют соли при химическом взаимодействии и с кислотами (или кислотными оксидами ) и основаниями (или основными оксидами ). Наиболее частое применение слово "амфотерный" в нашем случае относится к оксидам металлов .
Примером амфотерных оксидов могут быть:
ZnO - окись цинка (белый порошок, часто применяемый в медицине для изготовления масок и кремов), Al 2 O 3 - окись алюминия (называют еще "глинозёмом").
Химические свойства амфотерных оксидов уникальны тем, что они могут вступать в химические реакции, соответствующие как основаниями так и с кислотами. Например:
Реакция с кислотным оксидом:
ZnO+H 2 CO 3 → ZnCO 3 + H 2 O - Образовавшееся вещество - раствор соли "карбоната цинка" в воде.
Реакция с основаниями:
ZnO+2NaOH→ Na 2 ZnO 2 +H 2 O - полученное вещество - двойная соль натрия и цинка.
Получение оксидов
Получение оксидов производят различными способами. Это может происходить физическим и химическим способами. Самым простым способом является химическое взаимодействие простых элементов с кислородом. Например, результатом процесса горения или одним из продуктов этой химической реакции являются оксиды . Например, если раскалённое железный прутик, да и не только железный (можно взять цинк Zn, олово Sn, свинец Pb, медь Cu, - вообщем то, что имеется под рукой) поместить в колбу с кислородом, то произойдёт химическая реакция окисления железа, которая сопровождается яркой вспышкой и искрами. Продуктом реакции будет чёрный порошок оксида железа FeO:
2Fe+O 2 → 2FeO
Полностью аналогичны химические реакции с другими металлами и неметаллами. Цинк сгорает в кислороде с образованием окисла цинка
2Zn+O 2 → 2ZnO
Горение угля сопровождается образованием сразу двух окислов: угарного газа и углекислого газа
2C+O 2 → 2CO - образование угарного газа.
C+O 2 → CO 2 - образование углекислого газа. Этот газ образуется если кислорода имеется в более, чем достаточном количестве, то есть в любом случае сначала протекает реакция с образованием угарного газа, а потом угарный газ окисляется, превращаясь в углекислый газ.
Получение оксидов можно осуществить другим способом - путём химической реакции разложения . Например, для получения окисла железа или окисла алюминия необходимо прокалить на огне соответствующие основания этих металлов :
Fe(OH) 2 → FeO+H 2 O
Твёрдый оксид алюминия - минерал корунд
Оксид железа (III). Поверхность планеты Марс имеет красновато-оранжевый цвет из-за наличия в грунте оксида железа (III).
Твёрдый оксид алюминия - корунд
2Al(OH) 3 → Al 2 O 3 +3H 2 O,
а также при разложении отдельных кислот:
H 2 CO 3 → H 2 O+CO 2 - разложение угольной кислоты
H 2 SO 3 → H 2 O+SO 2 - разложение сернистой кислоты
Получение оксидов можно осуществить из солей металлов при сильном нагревании:
CaCO 3 → CaO+CO 2 - прокаливанием мела получают окись кальция (или негашенную известь) и углекислый газ.
2Cu(NO 3) 2 → 2CuO + 4NO 2 + O 2 - в этой реакции разложения получается сразу два окисла: меди CuO (чёрного цвета) и азота NO 2 (его ещё называют бурым газом из-за его действительно бурого цвета).
Ещё одним способом, которым можно осуществить получение окислов - это окислительно-восстановительные реакции
Cu + 4HNO 3 (конц.)→ Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
S + 2H 2 SO 4 (конц.)→ 3SO 2 + 2H 2 O
Оксиды хлора
Молекула ClO 2
Молекула Cl 2 O 7
Закись азота N 2 O
Азотистый ангидрид N 2 O 3
Азотный ангидрид N 2 O 5
Бурый газ NO 2
Известны следующие оксиды хлора : Cl 2 O, ClO 2 , Cl 2 O 6 , Cl 2 O 7 . Все они, за исключением Cl 2 O 7 , имеют желтую или оранжевую окраску и не устойчивы, особенно ClO 2 , Cl 2 O 6 . Все оксиды хлора взрывоопасны и являются очень сильными окислителями.
Реагируя с водой, они образуют соответствующие кислородсодержащие и хлорсодержащие кислоты :
Так, Cl 2 O - кислотный оксид хлора хлорноватистой кислоты.
Cl 2 O + H 2 O→ 2HClO - Хлорноватистая кислота
ClO 2 - кислотный оксид хлора хлорноватистой и хлорноватой кислоты, так как при химической реакции с водой образует сразу две этих кислоты:
ClO 2 + H 2 O→ HClO 2 + HClO 3
Cl 2 O 6 - тоже кислотный оксид хлора хлорноватой и хлорной кислот:
Cl 2 O 6 + H 2 O→ HClO 3 + HClO 4
И, наконец, Cl 2 O 7 - бесцветная жидкость - кислотный оксид хлора хлорной кислоты:
Cl 2 O 7 + H 2 O→ 2HClO 4
Оксиды азота
Азот - газ, который образует 5 различных соединений с кислородом - 5 оксидов азота . А именно:
N 2 O - гемиоксид азота
. Другое его название известно в медицине под названием веселящий газ
или закись азота
- это бесцветный сладковатый и приятный на вкус на газ.
- NO - моноксид азота
- бесцветный, не имеющий ни запаха ни вкуса газ.
- N 2 O 3 - азотистый ангидрид
- бесцветное кристаллическое вещество
- NO 2 - диоксид азота
. Другое его название - бурый газ
- газ действительно имеет буро-коричневый цвет
- N 2 O 5 - азотный ангидрид
- синяя жидкость, кипящая при температуре 3,5 0 C
Из всех этих перечисленных соединений азота наибольший интерес в промышленности представляют NO - моноксид азота и NO 2 - диоксид азота. Моноксид азота (NO) и закись азота N 2 O не реагируют ни с водой, ни с щелочами. (N 2 O 3) при реакции с водой образует слабую и неустойчивую азотистую кислоту HNO 2 , которая на воздухе постепенно переходит в более стойкое химическое вещество азотную кислоту Рассмотрим некоторые химические свойства оксидов азота :
Реакция с водой:
2NO 2 + H 2 O→ HNO 3 + HNO 2 - образуется сразу 2 кислоты: азотная кислота HNO 3 и азотистая кислота.
Реакция с щелочью:
2NO 2 + 2NaOH→ NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O - образуются две соли: нитрат натрия NaNO 3 (или натриевая селитра) и нитрит натрия (соль азотистой кислоты).
Реакция с солями:
2NO 2 + Na 2 CO 3 → NaNO 3 + NaNO 2 + CO 2 - образуются образуются две соли: нитрат натрия и нитрит натрия, и выделяется углекислый газ.
Получают диоксид азота (NO 2) из моноксида азота (NO) с помощью химической реакции соединения c кислородом :
2NO + O 2 → 2NO 2
Оксиды железа
Железо образует два оксида : FeO - оксид железа (2-валентный) - порошок чёрного цвета, который получают восстановлением оксида железа (3-валентного) угарным газом по следующей химической реакции:
Fe 2 O 3 +CO→ 2FeO+CO 2
Этот основной оксид, легко вступающий в реакции с кислотами. Он обладает восстановительными свойствами и быстро окисляется в оксид железа (3-валентный).
4FeO +O 2 → 2Fe 2 O 3
Оксид железа (3-валентный) - красно-бурый порошок (гематит), обладающий амфотерными свойствами (может взаимодействовать и с кислотами и со щелочами). Но кислотные свойства этого оксида выражены настолько слабо, что наиболее часто он его используют, как основной оксид .
Есть ещё так называемы смешанный оксид железа Fe 3 O 4 . Он образуется при горении железа, хорошо проводит электрический ток и обладает магнитными свойствами (его называют магнитным железняком или магнетитом). Если железо сгорает, то в результате реакции горения образуется окалина, состоящая сразу из двух оксидов: оксида железа (III) и (II) валентные.
Оксид серы
Сернистый газ
SO 2
Оксид серы SO 2 - или сернистый газ относится к кислотным оксидам , но кислоту не образует, хотя отлично растворяется в воде - 40л оксида серы в 1 л воды (для удобства составления химических уравнений такой раствор называют сернистой кислотой).
При нормальных обстоятельствах - это бесцветный газ с резким и удушливым запахом горелой серы. При температуре всего -10 0 C его можно перевести в жидкое состояние.
В присутствии катализатора -оксида ванадия (V 2 O 5) оксид серы присоединяет кислород и превращается в триоксид серы
2SO 2 +O 2 → 2SO 3
Растворённый в воде сернистый газ - оксид серы SO 2 - очень медленно окисляется, в результате чего сам раствор превращается в серную кислоту
Если сернистый газ пропускать через раствор щелочи, например, гидроксида натрия, то образуется сульфит натрия (или гидросульфит - смотря сколько взять щёлочи и сернистого газа)
NaOH + SO 2 → NaHSO 3 - сернистый газ взят в избытке
2NaOH + SO 2 → Na 2 SO 3 + H 2 O
Если сернистый газ не реагирует с водой, то почему его водный раствор даёт кислую реакцию?! Да, не реагирует, но он сам окисляется в воде, присоединяя к себе кислород. И получается, что в воде накапливаются свободные атомы водорода, которые и дают кислую реакцию (можете проверить каким-нибудь индикатором!)
1. Металл + Неметалл. В данное взаимодействие не вступают инертные газы. Чем выше электроотрицательность неметалла, тем с большим числом металлов он будет реагировать. Например, фтор реагирует со всеми металлами, а водород – только с активными. Чем левее в ряду активности металлов находится металл, тем с большим числом неметаллов он может реагировать. Например, золото реагирует только с фтором, литий – со всеми неметаллами.
2.
Неметалл + неметалл.
При этом более электроотрицательный
неметалл выступает окислителем, менее ЭО – восстановителем. Неметаллы с близкой
электроотрицательностью плохо взаимодействуют между собой, например,
взаимодействие фосфора с водородом и кремния с водородом практически не
возможно, так как равновесие этих реакций смещено в сторону образования простых
веществ. Не реагируют с неметаллами гелий, неон и аргон, остальные инертные
газы в жестких условиях могут реагировать с фтором.
Не взаимодействуют кислород
с хлором, бромом и йодом. Со фтором кислород может реагировать при низких
температурах.
3. Металл + кислотный оксид. Металл восстанавливает неметалл из оксида. После этого избыток металла может реагировать с получившимся неметаллом. Например:
2 Mg + SiO 2 = 2 MgO + Si (при недостатке магния)
2 Mg + SiO 2 = 2 MgO + Mg 2 Si (при избытке магния)
4. Металл + кислота. Металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, реагируют с кислотами с выделением водорода.
Исключение составляют кислоты – окислители (серная концентрированная и любая азотная), которые могут реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода, в реакциях не выделяется водород, а получается вода и продукт восстановления кислоты.
Нужно обратить внимание на то, что при взаимодействии металла с избытком многоосновной кислоты может получиться кислая соль: Mg +2 H 3 PO 4 = Mg (H 2 PO 4 ) 2 + H 2 .
Если продуктом взаимодействия кислоты и металла является нерастворимая соль, то металл пассивируется, так как поверхность металла защищается нерастворимой солью от действия кислоты. Например, действие разбавленной серной кислоты на свинец, барий или кальций.
5. Металл + соль. В растворе в данную реакцию вступают металл, стоящий в ряду напряжений правее магния, включая сам магний, но левее металла соли. Если металл активнее магния, то он реагирует не с солью, а с водой с образованием щелочи, которая в дальнейшем реагирует с солью. При этом исходная соль и получающаяся соль должны быть растворимыми. Нерастворимый продукт пассивирует металл.
Однако, из этого правила бывают исключения:
2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2 ;
2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 . Так как железо имеет промежуточную степень окисления, то его соль в высшей степени окисления легко восстанавливается до соли в промежуточной степени окисления, окисляя даже менее активные металлы.
В расплавах ряд напряжений металлов не действует. Определить, возможна ли реакция между солью и металлом, можно только с помощью термодинамических расчетов. Например, натрий может вытеснить калий из расплава хлорида калия, так как калий более летучий: Na + KCl = NaCl + K (эту реакцию определяет энтропийный фактор). С другой стороны алюминий получали вытеснением из хлорида натрием: 3 Na + AlCl 3 = 3 NaCl + Al . Этот процесс экзотермический, его определяет энтальпийный фактор.
Возможен вариант, что соль при нагревании разлагается, и продукты ее разложения могут реагировать с металлом, например нитрат алюминия и железо. Нитрат алюминия разлагается при нагревании на оксид алюминия, оксид азота (IV ) и кислород, кислород и оксид азота будут окислять железо:
10Fe + 2Al(NO 3) 3 = 5Fe 2 O 3 + Al 2 O 3 + 3N 2
6. Металл + основный оксид. Также, как и в расплавах солей, возможность этих реакций определяется термодинамически. В качестве восстановителей часто используют алюминий, магний и натрий. Например: 8 Al + 3 Fe 3 O 4 = 4 Al 2 O 3 + 9 Fe реакция экзотермическая, энтальпийный фактор);2 Al + 3 Rb 2 O = 6 Rb + Al 2 O 3 (рубидий летучий, энтальпийный фактор).
8. Неметалл + основание. Как правило, реакция идет между неметаллом и щелочью.Не все неметаллы могут реагировать с щелочами: нужно помнить, что в это взаимодействие вступают галогены (по-разному в зависимости от температуры), сера (при нагревании), кремний, фосфор.
KOH + Cl 2 = KClO + KCl + H 2 O (на холоде)
6 KOH + 3 Cl 2 = KClO 3 + 5 KCl + 3 H 2 O (в горячем растворе)
6KOH + 3S = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O
2KOH + Si + H 2 O = K 2 SiO 3 + 2H 2
3KOH + 4P + 3H 2 O = PH 3 + 3KPH 2 O 2
1) неметалл – восстановитель (водород, углерод):
СО 2 + С = 2СО;
2NO 2 + 4H 2 = 4H 2 O + N 2 ;
SiO 2 + C = CO 2 + Si. Если получившийся неметалл может реагировать с металлом, использованным в качестве восстановителя, то реакция пойдет дальше (при избытке углерода) SiO 2 + 2 C = CO 2 + Si С
2) неметалл – окислитель (кислород, озон, галогены):
2С O + O 2 = 2СО 2 .
С O + Cl 2 = СО Cl 2 .
2 NO + O 2 = 2 N О 2 .
10. Кислотный оксид + основный оксид . Реакция идёт, если получающаяся соль в принципе существует. Например, оксид алюминия может реагировать с серным ангидридом с образованием сульфата алюминия, но не может реагировать с углекислым газом, так как соответствующей соли не существует.
11. Вода + основный оксид . Реакция возможна, если образуется щелочь, то есть растворимое основание (или мало растворимое, в случае кальция). Если основание нерастворимое или мало растворимое, то идёт обратная реакция разложения основания на оксид и воду.
12. Основный оксид + кислота . Реакция возможна, если образующаяся соль существует. Если получающаяся соль нерастворима, то реакция может пассивироваться из-за перекрытия доступа кислоты к поверхности оксида. В случае избытка многоосновной кислоты возможно образование кислой соли.
13. Кислотный оксид + основание . Как правило, реакция идет между щелочью и кислотным оксидом. Если кислотный оксид соответствует многоосновной кислоте, может получиться кислая соль: CO 2 + KOH = KHCO 3 .
Кислотные оксиды, соответствующие сильным кислотам, могут реагировать и с нерастворимыми основаниями.
Иногда с нерастворимыми основаниями реагируют оксиды, соответствующие слабым кислотам, при этом может получиться средняя или основная соль (как правило, получается менее растворимое вещество): 2 Mg (OH ) 2 + CO 2 = (MgOH ) 2 CO 3 + H 2 O .
14. Кислотный оксид + соль. Реакция может идти в расплаве и в растворе. В расплаве менее летучий оксид вытесняет из соли более летучий. В растворе оксид, соответствующий более сильной кислоте, вытесняет оксид, соответствующий более слабой кислоте. Например, Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2 , в прямом направлении эта реакция идет в расплаве, углекислый газ более летучий, чем оксид кремния; в обратном направлении реакция идет в растворе, угольная кислота сильнее кремниевой, к тому же оксид кремния выпадает в осадок.
Возможно соединение кислотного оксида с собственной солью, например, из хромата можно получить дихромат, и сульфата – дисульфат, из сульфита – дисульфит:
Na 2 SO 3 + SO 2 = Na 2 S 2 O 5
Для этого нужно взять кристаллическую соль и чистый оксид, или насыщенный раствор соли и избыток кислотного оксида.
В растворе соли могут реагировать с собственными кислотными оксидами с образованием кислых солей: Na 2 SO 3 + H 2 O + SO 2 = 2 NaHSO 3
15. Вода + кислотный оксид . Реакция возможна, если образуется растворимая или мало растворимая кислота. Если кислота нерастворимая или мало растворимая то идёт обратная реакция разложения кислоты на оксид и воду. Например, для серной кислоты характерна реакция получения из оксида и воды, реакция разложения практически не идёт, кремниевую кислоту нельзя получить из воды и оксида, но она легко разлагается на эти составляющие, а вот угольная и сернистая кислоты могут участвовать как в прямых, так и обратных реакциях.
16. Основание + кислота. Реакция идет, если хотя бы одно из реагирующих веществ растворимо. В зависимости от соотношения реагентов могут получаться средние, кислые и основные соли.
17. Основание + соль. Реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода).
18. Соль + кислота. Как правило,реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит (осадок, газ, вода).
Сильная кислота может реагировать с нерастворимыми солями слабых кислот (карбонатами, сульфидами, сульфитами, нитритами), при этом выделяется газообразный продукт.
Реакции между концентрированными кислотами и кристаллическими солями возможны, если при этом получается более летучая кислота: например, хлороводород можно получить действием концентрированной серной кислоты на кристаллический хлорид натрия, бромоводород и йодоводород – действием ортофосфорной кислоты на соответствующие соли. Можно действовать кислотой на собственную соль для получения кислой соли, например: BaSO 4 + H 2 SO 4 = Ba (HSO 4 ) 2 .
19. Соль + соль. Как правило,реакция идет, если оба исходные вещества растворимы, а в качестве продукта получается хотя бы один неэлектролит или слабый электролит.
1) соль не существует, потому что необратимо гидролизуется . Это большинство карбонатов, сульфитов, сульфидов, силикатов трехвалентных металлов, а так же некоторые соли двухвалентных металлов и аммония. Соли трехвалентных металлов гидролизуются до соответствующего основания и кислоты, а соли двухвалентных металлов – до менее растворимых основных солей.
Рассмотрим примеры:
2 FeCl 3 + 3 Na 2 CO 3 = Fe 2 ( CO 3 ) 3 + 6 NaCl (1)
Fe 2 (CO 3) 3 + 6H 2 O = 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3
H 2 CO 3 разлагается на воду и углекислый газ, вода в левой и правой части сокращается и получается: Fe 2 ( CO 3 ) 3 + 3 H 2 O = 2 Fe (OH ) 3 + 3 CO 2 (2)
Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат железа, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие хлорида железа (III ) и карбоната натрия: 2 FeCl 3 + 3 Na 2 CO 3 + 3 H 2 O = 2 Fe (OH ) 3 + 3 CO 2 + 6 NaCl
CuSO 4 + Na 2 CO 3 = CuCO 3 + Na 2 SO 4 (1)
Подчеркнутая соль не существует из-за необратимого гидролиза:
2CuCO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 +CO 2 (2)
Если теперь объединить (1) и (2) уравнения и сократить карбонат меди, мы получим суммарное уравнение, отражающее взаимодействие сульфата (II ) и карбоната натрия:
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 + CO 2 + 2Na 2 SO 4
В природе существует три класса неорганических химических соединений: соли, гидроксиды и оксиды. Первые являются соединениями атома металла с кислотным остатком, к примеру, СІ-. Вторые подразделяются на кислоты и основания. Молекулы первых из них состоят из катионов Н+ и кислотного остатка, например, SO 4 -. Основания же имеют в своем составе катион металла, к примеру, К+, и анион в виде гидроксильной группы ОН-. А оксиды, в зависимости от своих свойств, делятся на кислотные и основные. О последних мы и расскажем в этой статье.
Определение
Основные оксиды — это вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых обязательно является оксиген, а вторым — металл. При добавлении воды к веществам этого типа образуются основания.
Химические свойства основных оксидов
Вещества данного класса в первую очередь способны вступать в реакцию с водой, вследствие которой получается основание. Для примера можно привести следующее уравнение: СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .
Реакции с кислотами
Если основные оксиды смешать с кислотами, можно получить соли и воду. К примеру, если к оксиду калия добавить хлоридную кислоту, получим хлорид калия и воду. Уравнение реакции будет выглядеть таким образом: К 2 О + 2НСІ = 2КСІ + Н 2 О.
Взаимодействие с кислотными оксидами
Такого рода химические реакции приводят к образованию солей. Например, если к оксиду кальция добавить углекислый газ, получим карбонат кальция. Данную реакцию можно выразить в виде следующего уравнения: СаО + СО 2 = СаСО 3 . Подобного рода химическое взаимодействие может произойти только под воздействием высокой температуры.
Амфотерные и основные оксиды
Эти вещества также могут взаимодействовать между собой. Это происходит, потому что первые из них имеют свойства как кислотных, так и основных оксидов. В результате подобных химических взаимодействий образуются сложные соли. Для примера приведем уравнение реакции, которая происходит при смешивании оксида калия (основного) с оксидом алюминия (амфотерным): К 2 О + АІ 2 О 3 = 2КАІО 2 . Полученное при этом вещество называется алюминат калия. Если смешать те же реагенты, но еще и добавить воду, то реакция пройдет следующим образом: К 2 О + АІ 2 О 3 + 4Н 2 О = 2К. Вещество, которое образовалось, называется тетрагидроксоалюминат калия.
Физические свойства
Разнообразные основные оксиды весьма отличаются друг от друга по физическим свойствам, однако все они в основном при нормальных условиях пребывают в твердом агрегатном состоянии, имеют высокую температуру плавления.
Давайте рассмотрим каждое химическое соединение по отдельности. Оксид калия выглядит как твердое вещество светло-желтого цвета. Плавится при температуре +740 градусов по шкале Цельсия. Оксид натрия представляет собой бесцветные кристаллы. Превращаются в жидкость при температуре +1132 градуса. Оксид кальция представлен белыми кристаллами, которые плавятся при +2570 градусах. Диоксид железа выглядит как черный порошок. Принимает жидкое агрегатное состояние при температуре +1377 градусов Цельсия. Оксид магния похож на соединение кальция — это также кристаллы белого цвета. Плавится при +2825 градусах. Оксид лития представляет собой прозрачные кристаллы с температурой плавления +1570 градусов. Данное вещество обладает высокой гигроскопичностью. Оксид бария выглядит так же, как и предыдущее химическое соединения, температура, при которой оно принимает жидкое состояние, чуть выше — +1920 градусов. Оксид ртути — порошок оранжево-красного цвета. При температуре +500 градусов по Цельсию данное химическое вещество разлагается. Оксид хрома — это порошок темно-красной расцветки с такой же температурой плавления, как и у соединения лития. Оксид цезия обладает такой же окраской, как и ртути. Разлагается под воздействием солнечной энергии. Оксид никеля — кристаллы зеленого цвета, превращаются в жидкость при температуре +1682 градуса по шкале Цельсия. Как видите, физические свойства всех веществ данной группы обладают многими общими чертами, хотя и имеют некоторые различия. Оксид купрума (меди) выглядит как кристаллы, обладающие черной окраской. В жидкое агрегатное состояние переходит при температуре +1447 градус по Цельсию.
Как добывают химические вещества этого класса?
Основные оксиды можно получить путем проведения реакции между металлом и кислородом под воздействием высокой температуры. Уравнение такого взаимодействия выглядит следующим образом: 4К + О 2 = 2К 2 О. Второй способ получения химических соединений данного класса — разложение нерастворимого основания. Уравнение можно записать так: Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О. Для осуществления подобного рода реакции необходимы специальные условия в виде высоких температур. Кроме того, основные оксиды также образуются при разложении определенных солей. Примером может служить такое уравнение: СаСО 3 = СаО + СО 2 . Таким образом, образовался еще и кислотный оксид.
Использование основных оксидов
Химические соединения данной группы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Далее рассмотрим использование каждого из них. Оксид алюминия применяют в стоматологии для изготовления зубных протезов. Его также используют при производстве керамики. Оксид кальция является одним из компонентов, участвующих в изготовлении силикатного кирпича. Также он может выступать в роли огнеупорного материала. В пищевой промышленности это добавка Е529. Оксид калия — один из ингредиентов минеральных удобрений для растений, натрия — используется в химической промышленности, в основном при получении гидроксида этого же металла. Оксид магния также применяют в пищевой отрасли, в качестве добавки под номером Е530. Кроме того, он является средством против повышения кислотности желудочного сока. Оксид бария применяется в химических реакциях в качестве катализатора. Диоксид железа используют в производстве чугуна, керамики, красок. Он также является пищевым красителем по номером Е172. Оксид никеля придает стеклу зеленый цвет. Кроме того, он используется в синтезе солей и катализаторов. Оксид лития — один из компонентов в производстве некоторых видов стекла, он повышает прочность материала. Соединение цезия выступает в роли катализатора для проведения некоторых химических реакций. Оксид купрума, как и некоторые другие, находит свое применение в изготовлении специальных видов стекла, а также для получения чистой меди. При производстве красок и эмалей он используется в качестве пигмента, придающего синий цвет.
Вещества данного класса в природе
В естественной среде химические соединения этой группы встречаются в виде минералов. В основном это кислотные оксиды, но среди других также они встречаются. К примеру, соединение алюминия — корунд.
В зависимости от присутствующих в нем примесей, он может быть различного цвета. Среди вариаций на основе АІ 2 О 3 можно выделить рубин, который имеет красную расцветку, и сапфир — минерал, обладающий синей окраской. Это же химическое вещество можно встретить в природе и в виде глинозема. Соединение купрума с оксигеном встречается в природе в виде минерала тенорита.
Заключение
В качестве вывода можно сказать, что все вещества, рассмотренные в данной статье, обладают похожими физическими и аналогичными химическими свойствами. Они находят свое применение во многих отраслях промышленности — от фармацевтической до пищевой.
