Оксиды 2 (продвинутый уровень)

Кислород — самый распространённый элемент на Земле, более того, кислород — очень реакционноспособный элемент, поэтому он входит в состав самых разнообразных соединений: природных ископаемых, воды, в состав биологически важных веществ. По­этому классификацию неорганических соединений традиционно начинают с рассмотрения соединений элементов с кислородом, а именно с оксидов.

ОКСИДЫ

Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород в степени окисления —2.

Кислородные соединения химических элементов можно клас­сифицировать по типу химических связей, по способности обра­зовывать соли и по кислотно-основным свойствам.

ВАЖНО .ЗНАТЬ!

^к К оксидам не могут быть

отнесены такие соединения, как, например, H₂O₂, Na₂O₂ (пероксид, содержащий ион O₂^2-), KO₂ (надпероксид, со­держащий ион О₂^-) или KO₃ (озонид, содержащий ион О₃^-).

Оксиды с ионным типом связи в твёрдом состоянии образуют ионные кристаллические решётки. Для них, как правило, харак­терны высокие температуры плавления, они не электропроводны в твёрдом состоянии, но проводят электрический ток в расплавах и в растворах.

Диоксид кремния SiO₂ (кварц) — вещество с ковалентными связями, образует атомную кристалли­ческую решётку с высокой температурой плавления. Высший оксид азота N₂0₅ об­разует ионную кристалличе­скую решётку.

Оксиды с ковалентным типом связи в твёрдом состоянии образуют молекулярные кристаллические ре­шётки. Это вещества с низкими или невысокими температурами плавле­ния и кипения, не способные прово­дить электрический ток ни в твёрдом, ни в жидком состоянии. Они могут представлять собой газы (SO₂, NO₂), жидкости (H₂O, SO₃, Mn₂O₇) или лег­колетучие твёрдые вещества (P₂O₅).

По способности оксидов образовывать соли их делят на со­леобразующие и несолеобразующие (например, NO, N₂O и СО). Солеобразующие оксиды подразделяют на основные, амфотерные и кислотные (схема 7.1)

Увеличение степени окисления элемента в оксиде приводит к ослаблению проявляемых им основных свойств и усилению кислотных. Так, оксид хрома(П) CrO является основным оксидом, оксид хрома(Ш) Cr₂O₃ амфотерен, а оксид хрома в высшей степени окис­ления ⁺⁶ CrO₃ — кислотный оксид.

Общие методы получения оксидов

1. Окисление простых и сложных веществ кислородом:

2Са + O₂ = 2CaO,

4Р + 5O₂= 2Р₂O₅,

2ZnS + 3О₂ = 2ZnO + 2SO2 (обжиг сульфидов металлов),
2СО + O₂ = 2СО₂.

Метод окисления простых и сложных веществ кис­лородом практически не­применим для щелочных металлов (за исключением лития), которые при окисле­нии обычно дают пероксиды и надпероксиды

1. Разложение оснований, кислородсодержащих кислот и солей при нагревании:

Zn(OH)₂ = ZnO + H₂O,
H₂SiO₃ X SiO₂ + H₂O,
2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + -INO₂ + O₂.

1. Кроме общих методов получения оксидов, для кислотных оксидов существует способ, основанный на получении кислоты, соответствующей этому оксиду, и дальнейшем её обезвожи­вании. В качестве водоотнимающего средства наиболее часто используются концентрированная серная кислота и оксид фосфора ):

K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄(конц) = 2CrO₃Ф + K₂SO₄ + H₂O,
2HNO₃(конц) + P₂O₅ = N₂O₅ + 2HPO₃.

Основные оксиды. Поскольку большинство основных оксидов представляет собой твёрдые кристаллические вещества с ионным типом связи, они обладают высокими температурами плавления и кипения и не разлагаются при нагревании. Исключение состав­ляют оксиды ртути и серебра, легко разлагающиеся на простые вещества:

2HgO = 2Hg + O₂,

2Аg₂O = 4 Ag + O₂.

Основные оксиды при нагревании могут вступать в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, а также с кислотами с образованием солей:

CaO + CO₂ = CaCO₃,
MgO + Al₂O₃ = Mg(AlO₂)₂,

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O.

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой с образованием соответствующих оснований:

Li₂O + H₂O = 2LiOH,

BaO + H₂O = Ba(OH)₂.

Остальные оксиды из-за нерастворимости соответствующих ос­нований не реагируют с водой.

Кислотные оксиды. Большинство кислотных оксидов могут взаимодействовать с водой с образованием кислот (именно по­этому они называются ангидридами соответствующих кислот):

SO₃ + H₂O = H₂SO₄,

P₂O₅ + H₂O = 2HPO₃,

P₂O₅ + BH₂O = 2H₃PO₄,

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃.

Кислотные оксиды реагируют с сильными основаниями (щелочами):

Ca(OH)₂ + SO₂ = CaSO₃ + H₂O

и взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами:

SO₃ + CaO = CaSO₄,

P₂O₅ + Al₂O₃ = 2AlPO₄

Амфотерные оксиды могут вступать в реакции, характерные как для основных, так и для кислотных оксидов. Амфотерные оксиды не растворяются в воде. К ам­фотерным оксидам относят оксид алю­миния Al₂O₃, оксид хрома(Ш) Cr₂O₃, оксид бериллия BeO, оксид цинка ZnO, оксид железа(Ш) Fe₂O₃ и неко­торые другие.

Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O,

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O __ 2Na[Al(OH)4].

Амфотерный оксид железа(Ш) не растворяется в разбавленных щелочах (соответствующий гидроксокомплекс не образуется).

Почти все оксиды участвуют в реакциях восстановления до простых веществ или до оксида, в котором элемент проявляет мень­шую степень окисления. Типичными восстановителями в подобных реакциях могут выступать водород, углерод, оксид углерода(П), аммиак, алюминий. Эти реакции протекают при нагревании:

Оксиды, образованные элементами в промежуточных степенях окисления, могут участвовать в реакциях окисления, повышая степень окисления элемента. Иногда для этого достаточно кис­лорода воздуха:

2NO + O₂ = 2 NO₂,

4FeO + O₂ = 2Fe₂O₃,

в других случаях требуются специальные условия (нагревание, катализатор):