Оксиды

ХимияХимия

Оксиды

Оксиды- бинарные соединения элемента с кислородом, в которых кислород проявляет степень окисления -2.

Номенклатура. Если элемент, образующий с кислородом данное соединение, имеет постоянную валентность, то его (соединение) называют просто оксидом: Na2O- оксид натрия,CaO- оксид кальция,BaO- оксид бария,ZnO- оксид цинка.

Если элемент обладает переменной валентностью, то рядом с названием оксида указывают валентность элемента: Cr2O3- оксид хрома(III),Cl2O7– оксид хлора(VII),Hg2O- оксид ртути(I).

Если элемент образует несколько оксидов, то их название даётся с учётом состава оксида (можно давать тривиальные названия, можно в скобочках указывать валентность элемента):N2O- гемиоксид азота, N2O3- сексвиоксидазота,NO-монооксидазота,NO2- диоксид азота,N2O5– гемипентаоксид азота.

Все оксиды подразделяют на 2 большие группы: солеобразующие и несолеобразующие.

Несолеобразующих оксидов (безразличные)- их не так много:CO, N2O, NO.

Хотя причисление COк несолеобразующим оксидам не очень правильно, так как он вступает в реакции с расплавами щелочей, образуя формиаты:

CO + NaOH (расплав)→ HCOONa.

Солеобразующие оксиды делятся на: основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды. Это оксиды, образующие соли, при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами, или с амфотерными. Основными являются оксиды только оксиды металлов с невысокими степенями окисления:Na2O,K2O,CaO,BaO,MnO,FeO,Fe2O3,Fe3O4.Не все оксиды металлов являются основные, некоторые из них амфотерные или кислотные.

+H2 SO4→ CuSO4+H2O;

Na2O+SO2→ Na2SO3

Кислотные оксиды. Это оксиды, образующие соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами, или с амфотерными. Большинство из кислотных оксидов при взаимодействии с водой дают кислоты, поэтому они также называются ангидридами кислот(P2O5- фосфорный ангидрид,N2O5-азотный ангидрид). Кислотными являются оксиды неметаллов и металлов в степени окисления 5 и выше: NO2, Mn2O7,SiO2,CO2.

CO2+Na2O→Na2 CO3;

V2O5+ 2NaOH→2NaVO3+ H2O

Амфотерные оксиды. Это оксиды, образующие соли, при взаимодействии как с основными, так и с кислотными оксидами.Например:ZnO,Al2O3,BeO, SnO,PbO,Fe2O3,Cr2O3,MnO2,TiO2.

PbO+2NaOH→ Na2PbO2+H2O;

 ZnO+2HCl→ZnCl2+H2O

Смешанные оксиды. Это соединения, представляющие собой, соединение оксидов с различной валентностью:Fe3O4Fe2O3FeO.

СоединенияPb2O3↔PbPbO3(плюмбат свинца(II));Mn3O4↔Mn2MnO4(манганат марганцаIV); Fe3O4Fe(FeO2)2(феррит железа (II)) называют двойными или смешанными оксидами, так же их можно рассматривать как соли. Следовательно, в состав молекул смешанного оксида входят атомы одного и того же элемента в различных степенях окисления.Пероксиды.Это соединения, так же, как и оксиды, состоят из металла и кислорода, но существенно отличаются от них по химическим свойствам, так как являются солями пероксида водорода (H2O2):Na2O2, K2O2,BaO2,ZnO2,Cs2O2.В пероксидах кислород имеет степень окисления −1.Из-за наличия непрочной пероксидной группы-O-O- при действии кислот вместе с образованием обычных солей, они ещё и выделяют кислород:

2Na2O2+4HCl→4NaCl+2H2O+O2

Пероксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой, образуя соответствующий гидроксид и пероксид водорода.

Na2O2+2H2O→2NaOH+H2O2

Надпероксиды.Этосоединения, содержащие атомы кислорода в степени окисления −12.Обладют хорошей окислительной способностью. NaO2,KO2,Ba(O2)2.

4NaO2+2H2 O→4NaOH+3O2

2NaO2+2HCl→2NaCl+H2O2+O2

4KO2+2CO2 → K2 CO3+3O2↑)

(эта реакция имеет практическое значение, так как используется в противогазах, для очистки выдыхаемого воздуха)       

2NaO2+SNa2 SO4

Озониды.

Это соединения щелочных, щелочноземельных металлов с кислородом содержащие озонид-ион O3-. Получен также красный озонид аммония — NН4Оз.Все озониды являются сильнейшими окислителями.Вещества эти образуются в виде оранжево-красной корки на поверхности омываемых током озона твердых гидроксидов соответствующих щелочных металлов.Озониды разлагаются с образованием надпероксида металла и кислорода, разлагаются также под действием воды, с образованием соответствующей щелочи и кислорода.NaO3,KO3, CsO3, Ba(O3)2.

4NaO3+2H2O→4NaOH+5O2

2NaO3→2NaO2+O2↑(Распад происходит при различных температурах, например: распад озонида натрия при -10°C, озонида цезия при +100°C)

4NH4O3→4H2O+2NH4 NO3+O2

Способы получения оксидов.

Взаимодействие веществ с кислородом. Многие вещества сгорают в кислороде, с образованием соответствующего оксида(с некоторыми веществами, например с фосфором, состав оксида зависит от количества кислорода).

4P+3O2→2P2O3 (при недостатке кислорода)

4P+5O2→2P2O5 (при избытке кислорода)

2Mg+O2→2MgO

Разложение высших оксидов. Если элемент имеет переменную валентность, то его оксид с меньшим содержанием кислорода можно получить разложением оксида, где элемент проявляет более высокую степень окисления:

2N2O5→4NO2+O2

2SO32SO2+O2↑(здесь необходимо ставить знак обратимости, так как, в отличии от N2O5, SO3 является неустойчивым оксидом, и во время его синтеза / разложения устанавливается равновесие между реагентами и продуктом)

Окисление низших оксидов.Если элемент имеет переменную валентность, то его оксид с большим содержанием кислорода можно получить окислением оксида, где элемент проявляет низкую степень окисления:

2CO+O2→2CO2

2Cr2 O3+3O2→4CrO3

Разложение оснований. Нерастворимые или малорастворимые основания при нагревании теряют воду, превращаясь в основные оксиды:

Cu(OH)2↓→CuO+H2O

Ca(OH)2 →CaO+H2O

Разложение кислот. Некоторые кислородосодержащие кислоты при нагревании теряют воду, образуя кислотные оксиды. Также некоторые кислоты существуют очень малое время в растворе, почти мгновенно разлагаясь на ангидрид и воду. Получитькислотный оксид из кислоты можно добавив к ней водотнимающего средства(P2O5) *(не путать с концентрированной H2SO4, удаляющей следы воды из паров вещества, пропускаемого над ней).

H2 SiO3↓→ SiO2↓+H2O

H2 CO3→CO2↑+H2O

4HNO3→ 4NO2↑+2H2 O+O2

Разложение солей. Большинство кислородосодержащих солей при нагревании разлагаются, с образованием оксида металла и кислотного ангидрида. Если оксид металла термически неустойчив, то соль разлагается на металл, кислотный оксид и свободный кислород. Соли щелочных металлов отличаются высокой термической устойчивостью, если при нагревании разлагаются, то оксидов не образуют.

CaCO3→CaO+CO2

*Это интересно:

NH4 NO3→N2O↑+2H2O

NH4 NO2→N2↑+2H2O (лабораторный способ получения азота, но на самом деле действуют хлоридом аммония на концентрированный раствор нитрита натрия, а выделяющийся газ затем очищают от примесей аммиака, хлора и т.д.)

(NH4 )2 Cr2O7→N2↑+Cr2O3+4H2O

4AgNO3→4Ag↓+4NO2↑+O2

Вытеснение одних оксидов другими. Менее летучие оксиды вытесняют более летучие из их солей. Эти реакции протекают при очень высоких температурах:

Na2 CO3+SiO2→Na2 SiO3+CO2

Взаимодействие кислот окислителей с металлами и неметаллами. Разбавленная азотная кислота и концентрированная серная окисляют металлы и неметаллы, образуя соответствующие соли/кислоты и выделяя оксиды азота/серы в степени окисления ниже, чем в исходных кислотах. (Очень разбавленная азотная кислота с металлами, левее марганца, даёт нитрат аммония, а не газ).

3As+5HNO3+2H2O→3H3 AsO4+5NO↑

Cu+2H2 SO4→CuSO4+SO2↑+2H2O

8Al+30HNO3 → 8Al(NO3 )3+3NH4 NO3+9H2O

Способы получения пероксидов, надпероксидов, озонидов.

В случае щелочных металлов пероксиды и над пероксиды образуются при их сгорании на воздухе (образуется смесь)*(нормальный оксид у щелочных металлов при сгорании на воздухе образует только литий, натрий образует смесь с преобладанием пероксида, далее уже почти полное образование надпероксида, с незначительной примесью пероксида).

2Na+O2→Na2O2

Пероксиды металлов можно получать при действии перекись водорода на их гидрооксиды:

Ba(OH)2+H2O2→BaO2↓+2H2O

Надпероксиды получают окислением пероксидов (кроме щелочных металов, т.к дальше натрия металлы образуют надпероксиды, с незначительной примесью пероксида).

K+O2→KO2

BaO2+O2→Ba(O2 )2

Озониды щелочных металлов получают взаимодейтвием их твёрдых гидрооксидов с охоном, озонировании надпероксидов.озонид аммония был получени при озонировании жидкого аммиака при -100°С.

4NaOH+4O3→4NaO3+O2↑+2H2O

NaO2+O3→NaO3+O2

Соединения оксидов с водой называют гидратами оксидов.Присоединение оксидом воды не приводит к коренному изменнию его свойств. Гидраты оксидов имеют общее название- гидрооксиды.

Автор статьи: Каштанов Артём Денисович

Редактор: Харламова Галина Николаевна

Вернутся к темам