На какие группы делятся оксиды и гидроксиды по своим свойствам
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 (CO2, N2O5,Na2O, SO3 и т. д.)
- Несолеобразующие оксиды(CO, N2O,SiO, NO и т. д.)
В свою очередь, солеобразующие оксиды подразделяют на 3 группы:
- Основные оксиды — (Оксиды металлов — Na2O, CaO, CuO и т д)
- Кислотные оксиды — (Оксиды неметаллов, а так же оксиды металлов в степени окисления V-VII — Mn2O7,CO2, N2O5, SO2, SO3 и т д)
- Амфотерные оксиды (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.
CO2 – оксид углерода (IV)
N2O3 – оксид азота (III)
Физические свойства оксидов
Оксиды весьма разнообразны по своим физическим свойствам. Они могут быть как жидкостями (Н2О), так и газами (СО2, SO3) или твёрдыми веществами (Al2O3, Fe2O3). Приэтом оснОвные оксиды, как правило, твёрдые вещества. Окраску оксиды также имеют самую разнообразную — от бесцветной (Н2О, СО) и белой (ZnO, TiO2) до зелёной (Cr2O3) и даже чёрной (CuO).
Химические свойства оксидов
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:
Амфотерные 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 SO3 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 SiO2 является основным компонентом стекла. Оксид хрома Cr2O3 применяют для производства цветных зелёных стекол и керамики, а за счёт высоких прочностных свойств — для полировки изделий (в виде пасты ГОИ).
Оксид углерода CO2, который выделяют при дыхании все живые организмы, используется для пожаротушения, а также, в виде сухого льда, для охлаждения чего-либо.
Сегодня мы начинаем
знакомство с важнейшими классами неорганических соединений. Неорганические
вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые и сложные.
ОКСИД | КИСЛОТА | ОСНОВАНИЕ | СОЛЬ |
ЭхОу | НnA А | Ме(ОН)b ОН | MenAb |
Сложные неорганические
вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы
начинаем с класса оксидов.
ОКСИДЫ
Оксиды
— это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых
кислород, с валентность равной 2. Лишь один химический элемент — фтор,
соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF2.
Называются они просто — «оксид + название элемента» (см. таблицу). Если
валентность химического элемента переменная, то указывается римской цифрой,
заключённой в круглые скобки, после названия химического элемента.
Формула | Название | Формула | Название |
CO | оксид | Fe2O3 | оксид |
NO | оксид | CrO3 | оксид |
Al2O3 | оксид | ZnO | оксид |
N2O5 | оксид | Mn2O7 | оксид |
Классификация
оксидов
Все
оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные)
и несолеобразующие или безразличные.
Оксиды металлов МехОу | Оксиды | |||
Основные | Кислотные | Амфотерные | Кислотные | Безразличные |
I, II Ме | V-VII Me | ZnO,BeO,Al2O3, Fe2O3, Cr2O3 | >II неМе | I, II неМе CO, NO, N2O |
1). Основные оксиды – это оксиды, которым
соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксиды металлов
1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II
(кроме ZnO
—
оксид цинка и BeO – оксид берилия):
2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым
соответствуют кислоты. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме
несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с
валентностью от V
до VII (Например, CrO3-оксид
хрома (VI), Mn 2O7 — оксид марганца (VII)):
3). Амфотерные
оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания и кислоты. К ним
относятся оксиды металлов главных и побочных подгрупп с валентностью III, иногда IV,
а также цинк и бериллий (Например, BeO, ZnO, Al2O3, Cr2O3).
4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды
безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II
(Например,N2O, NO, CO).
Вывод: характер свойств оксидов в первую очередь
зависит от валентности элемента.
Например,
оксиды хрома:
CrO
(II
— основный);
Cr
2O3 (III — амфотерный);
CrO3
(VII
— кислотный).
Классификация оксидов
(по растворимости в воде)
Кислотные оксиды | Основные оксиды | Амфотерные оксиды |
Растворимы в воде. Исключение –SiO2 (не | В воде растворяются только оксиды щелочных и (это металлы I «А» и II «А» групп, исключение Be ,Mg) | С водой не взаимодействуют. В воде не растворимы |
Выполните задания:
1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.
NaOH, AlCl3, K2O, H2SO4, SO3, P2O5, HNO3, CaO, CO.
2. Даны вещества: CaO, NaOH, CO2, H2SO3, CaCl2, FeCl3, Zn(OH)2, N2O5, Al2O3, Ca(OH)2, N2O, FeO, SO3, Na2SO4, ZnO, CaCO3, Mn2O7, CuO, KOH, CO, Fe(OH)3
Выпишите оксиды и классифицируйте их.
Получение
оксидов
Тренажёр «Взаимодействие кислорода с простыми веществами»
1. | а) Тренажёр «Взаимодействие | 2Mg |
б) | 2H2S+3O2=2H2O+2SO2 | |
2.Разложение (используйте таблицу кислот, см. приложения) | а) СОЛЬt= | СaCO3=CaO+CO2 |
б) Нерастворимых Ме(ОН)bt= MexOy+ H2O | Cu (OH)2 t=CuO+H2O | |
в) НnA = КИСЛОТНЫЙ | H2SO3=H2O+SO2 |
Физические
свойства оксидов
При комнатной температуре большинство оксидов —
твердые вещества (СаО, Fe2O3 и др.), некоторые — жидкости
(Н2О, Сl2О7 и др.) и газы (NO, SO2
и др.).
Химические
свойства оксидов
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ 1. CaO + SO2 = CaSO3 2. 3K2O + 2H3PO4 = 2K3PO4 + 3H2O 3. Основной оксид + Вода = Щёлочь Na2O + H2O = 2NaOH |
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ 1. СO2 + H2O = H2CO3, SiO2 – не реагирует 2. P2O5 + 6KOH = 2K3PO4 + 3H2O 3. CaO + SO2 = CaSO3 4. CaCO3 + |
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ Взаимодействуют ZnO + 2 HCl = ZnCl2 + H2O ZnO + 2 NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] ZnO + 2 NaOH = Na2ZnO2 + H2O |
Применение
оксидов
Некоторые
оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:
SO3 + H2O
= H2SO4
CaO + H2O = Ca(OH)2
В
результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H2SO4
– серная кислота, Са(ОН)2 – гашеная известь и т.д.
Если
оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство.
Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для
приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO
практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые
поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных
осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при
изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и
подсушивающий порошок для наружного применения.
Такими
же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO2. Он тоже
имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO2
не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого
оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей
белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической
посуды.
Оксид
хрома (III) – Cr2O3 – очень прочные кристаллы
темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr2O3
используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла
и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования
“Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки
оптики, металлических
изделий, в ювелирном
деле.
Благодаря
нерастворимости и прочности оксида хрома (III) его используют и в
полиграфических красках (например, для окраски денежных купюр). Вообще, оксиды
многих металлов применяются в качестве пигментов для самых разнообразных
красок, хотя это – далеко не единственное их применение.
Задания для закрепления
1. Закончите УХР, укажите тип реакции, назовите
продукты реакции
Na2O + H2O
=
N2O5
+ H2O =
CaO + HNO3
=
NaOH + P2O5
=
K2O + CO2
=
Cu(OH)2 = ?
+ ?
2. Осуществите превращения по схеме:
1) K→K2O→KOH→K2SO4
2) S→SO2→H2SO3→Na2SO3
3) P→P2O5→H3PO4→K3PO4
Оксиды — это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, один из которых — кислород со степенью окисления -2. При этом кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.
В зависимости от второго элемента оксиды проявляют разные химические свойства. В школьном курсе оксиды традиционно делят на солеобразующие и несолеобразующие. Некоторые оксиды относят к солеобразным (двойным).
Двойные оксиды — это некоторые оксиды , образованные элементом с разными степенями окисления.
Солеобразующие оксиды делят на основные, амфотерные и кислотные.
Основные оксиды — это оксиды, обладающие характерными основными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степень окисления +1 и +2.
Кислотные оксиды — это оксиды, характеризующиеся кислотными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.
Амфотерные оксиды — это оксиды, характеризующиеся и основными, и кислотными свойствами. Это оксиды металлов со степенью окисления +3 и +4, а также четыре оксида со степенью окисления +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.
Несолеобразующие оксиды не проявляют характерных основных или кислотных свойств, им не соответствуют гидроксиды. К несолеобразующим относят четыре оксида: CO, NO, N2O и SiO.
Классификация оксидов
Тренировочные тесты по теме Классификация оксидов.
Получение оксидов
Общие способы получения оксидов:
1. Взаимодействие простых веществ с кислородом:
1.1. Окисление металлов: большинство металлов окисляются кислородом до оксидов с устойчивыми степенями окисления.
Например, алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Не взаимодействуют с кислородом золото, платина, палладий.
Натрий при окислении кислородом воздуха образует преимущественно пероксид Na2O2,
2Na + O2 → 2Na2O2
Калий, цезий, рубидий образуют преимущественно пероксиды состава MeO2:
K + O2 → KO2
Примечания: металлы с переменной степенью окисления окисляются кислородом воздуха, как правило, до промежуточной степени окисления (+3):
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
4Cr + 3O2 → 2Cr2O3
Железо также горит с образованием железной окалины — оксида железа (II, III):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
1.2. Окисление простых веществ-неметаллов.
Как правило, при окислении неметаллов образуется оксид неметалла с высшей степенью окисления, если кислород в избытке, или оксид неметалла с промежуточной степенью окисления, если кислород в недостатке.
Например, фосфор окисляется избытком кислорода до оксида фосфора (V), а под действием недостатка кислорода до оксида фосфора (III):
4P + 5O2(изб.) → 2P2O5
4P + 3O2(нед.) → 2P2O3
Но есть некоторые исключения.
Например, сера сгорает только до оксида серы (IV):
S + O2 → SO2
Оксид серы (VI) можно получить только окислением оксида серы (IV) в жестких условиях в присутствии катализатора:
2SO2 + O2 = 2SO3
Азот окисляется кислородом только при очень высокой температуре (около 2000оС), либо под действием электрического разряда, и только до оксида азота (II):
N2 + O2 = 2NO
Не окисляется кислородом фтор F2 (сам фтор окисляет кислород). Не взаимодействуют с кислородом прочие галогены (хлор Cl2, бром и др.), инертные газы (гелий He, неон, аргон, криптон).
2. Окисление сложных веществ (бинарных соединений): сульфидов, гидридов, фосфидов и т.д.
При окислении кислородом сложных веществ, состоящих, как правило, из двух элементов, образуется смесь оксидов этих элементов в устойчивых степенях окисления.
Например, при сжигании пирита FeS2 образуются оксид железа (III) и оксид серы (IV):
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Сероводород горит с образованием оксида серы (IV) при избытке кислорода и с образованием серы при недостатке кислорода:
2H2S + 3O2(изб.) → 2H2O + 2SO2
2H2S + O2(нед.) → 2H2O + 2S
А вот аммиак горит с образованием простого вещества N2, т.к. азот реагирует с кислородом только в жестких условиях:
4NH3 + 3O2 →2N2 + 6H2O
А вот в присутствии катализатора аммиак окисляется кислородом до оксида азота (II):
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
3. Разложение гидроксидов. Оксиды можно получить также из гидроксидов — кислот или оснований. Некоторые гидроксиды неустойчивы, и самопроизвольную распадаются на оксид и воду; для разложения некоторых других (как правило, нерастворимых в воде) гидроксидов необходимо их нагревать (прокаливать).
гидроксид → оксид + вода
Самопроизвольно разлагаются в водном растворе угольная кислота, сернистая кислота, гидроксид аммония, гидроксиды серебра (I), меди (I):
H2CO3 → H2O + CO2
H2SO3 → H2O + SO2
NH4OH → NH3 + H2O
2AgOH → Ag2O + H2O
2CuOH → Cu2O + H2O
При нагревании разлагаются на оксиды большинство нерастворимых гидроксидов — кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов — гидроксид железа (III) и др.:
H2SiO3 → H2O + SiO2
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
4. Еще один способ получения оксидов — разложение сложных соединений — солей.
Например, нерастворимые карбонаты и карбонат лития при нагревании разлагаются на оксиды:
Li2CO3 → CO2 + Li2O
CaCO3 → CaO + CO2
Соли, образованные сильными кислотами-окислителями (нитраты, сульфаты, перхлораты и др.), при нагревании, как правило, разлагаются с с изменением степени окисления:
2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2 + O2
Более подробно про разложение нитратов можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
Химические свойства оксидов
Значительная часть химических свойств оксидов описывается схемой взаимосвязи основных классов неорганических веществ.
Химические свойства основных оксидов
Подробно про химические свойства оксидов можно прочитать в соответствующих статьях:
Химические свойства основных оксидов.
Химические свойства кислотных оксидов.
Химические свойства амфотерных оксидов.
Определение
Оксиды – бинарные соединения, в состав которых входит кислород в степени окисления -2.
Номенклатура оксидов
Названия оксидов строятся по следующим правилам систематической номенклатуры:
Сначала указывают слово оксид, после него, в родительном падеже, – название второго элемента.
Если элемент, образующий оксид, имеет единственную валентность, то её в названии оксида можно не указывать. Если же элемент имеет переменную валентность и образует несколько оксидов, то валентность элемента обязательно указывается римскими цифрами в скобках в конце записи названия оксида.
При записи химической формулы оксида кислород записывается на последнем месте.
Примеры:
$Na_2O$ – оксид натрия
$CaO$ – оксид кальция
$Al_2O_3$ — оксид алюминия
$overset{+7}{Mn_2}O_7$ — оксид марганца (VII)
$overset{+2}{Cr}O$ – оксид хрома (II)
$overset{+3}{Cr_2}O_3$ – оксид хрома (III)
В настоящее время при формировании названий оксидов пользуются правилами систематической номенклатуры. Однако до её появления, пока число известных соединений было не столь велико, широко использовалась тривиальная номенклатура, в которой названия веществ основаны не на особенностях их строения, а на внешнем виде или каких-то специфических свойствах именуемых объектов. Многие тривиальные названия распространены и в наше время.
На смену тривиальной номенклатуре пришла полусистематическая номенклатура. В полусистематических названиях веществ с помощью использования морфем пытались отразить особенности химического строения соединений. Применительно к оксидам вводились следующие названия: закись — для оксидов элементов в низких степенях окисления, окись — для более высоких степеней окисления. Кислотные оксиды часто рассматривали как продукты дегидратации соответствующих кислот и отражали это в виде названия ангидрид: $P_2O_5$ — фосфорный ангидрид, $SO_3$ — серный ангидрид и т.д.
Таблица 1
Формулы и названия некоторых оксидов в соответствии с тривиальной, полусистематической и систематической номенклатурой
| Формула | Тривиальное название | Устаревшее название | Систематическое название |
| $N_2O$ | веселящий газ | закись азота | оксид азота (I) |
| $NO$ | окись азота | оксид азота (II) | |
| $N_2O_3$ | трёхокись азота, азотистый ангидрид | оксид азота (III) | |
| $NO_2$ | бурый газ | двуокись азота | оксид азота (IV) |
| $N_2O_5$ | пятиокись азота, азотный ангидрид | оксид азота (V) | |
| $SO_2$ | сернистый газ | двуокись серы, сернистый ангидрид | оксид серы (IV) |
| $SO_3$ | трёхокись серы, серный ангидрид | оксид серы (VI) | |
| $CO$ | угарный газ | окись углерода | оксид углерода (II) |
| $CO_2$ | углекислый газ | двуокись углерода | оксид углерода (IV) |
| $Na_2O$ | натр | окись натрия | оксид натрия |
| $MgO$ | жжёная магнезия | окись магния | оксид магния |
| $CaO$ | жжёная известь, негашёная известь | окись кальция | оксид кальция |
| $Al_2O_3$ | глинозём | окись алюминия | оксид алюминия |
| $SiO_2$ | кремнезём | двуокись кремния | оксид кремния (IV) |
| $Fe_3O_4$ | железная окалина | закись-окись железа | оксид железа (II, III) |
| $H_2O$ | вода | окись водорода | оксид водорода |
КЛАССИФИКАЦИЯ ОКСИДОВ
Оксиды делятся на две большие группы: солеобразующие и несолеобразующие. Последние, как вытекает из названия, не образуют солей.
Несолеобразующими называют оксиды, которые не вступают во взаимодействие ни с щелочами, ни с кислотами и не образуют солей. Эти оксиды образованы неметаллами.
Несолеобразующих оксидов немного, их необходимо запомнить: $N_2O$, $NO$, $CO$, $SiO$.
Солеобразующими называют оксиды, способные взаимодействовать с кислотами или с основаниями с образованием солей.
Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные оксиды.
Основные оксиды — оксиды, которым соответствуют основные гидроксиды (основания).
Основные оксиды образованы типичными металлами (щелочными, щелочноземельными, магнием), а также переходными металлами в низких степенях окисления (кроме $ZnO$).
Примеры основных оксидов: $Li_2O$, $Na_2O$, $K_2O$, $MgO$, $CaO$, $BaO$, $overset{+2}{Fe}O$, $overset{+2}{Cr}O$, $overset{+1}{Cu_2}O$, $overset{+2}{Cu}O$, $overset{+2}{Mn}O$ и др.
Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислотные гидроксиды (кислоты).
Кислотные оксиды образованы неметаллами (за исключением несолеобразующих оксидов $CO$, $SiO$, $NO$, $N_2O$), а также переходными металлами в высоких степенях окисления.
Примеры кислотных оксидов: $Cl_2O_7$, $SO_3$, $SO_2$, $N_2O_5$, $NO_2$, $N_2O_3$, $P_2O_5$, $P_2O_3$, $CO_2$, $SiO_2$, $B_2O_3$, $overset{+6}{Cr}O_3$, $overset{+7}{Mn_2}O_7$ и др.
Амфотерными называются оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Им соответствуют амфотерные гидроксиды.
К амфотерным оксидам относятся оксид бериллия $BeO$, оксид алюминия $Al_2O_3$, оксид цинка $ZnO$, а также оксиды переходных металлов в промежуточных степенях окисления.
Примеры амфотерных оксидов: $Al_2O_3$, $overset{+3}{Fe_2}O_3$, $overset{+3}{Cr_2}O_3$, $overset{+4}{Mn}O_2$, $overset{+2}{Sn}O$, $overset{+4}{Sn}O_2$, $overset{+5}{V_2}O_5$, $ZnO$, $BeO$ и др.
Основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. Это оксиды металлов (кроме некоторых переходных металлов в высших степенях окисления), твердые вещества.
Основным оксидам соответствуют основания, в которых металл имеет такую же степень окисления, как в оксиде, при этом степень окисления равна числу гидроксильных групп.
Например, оксиду натрия $overset{+1}{Na}_2O$ соответствует гидроксид натрия $overset{+1}{Na}OH$;
оксиду кальция $overset{+2}{Ca}O$ соответствует гидроксид кальция $overset{+2}{Ca}(OH)_2$;
оксиду железа (II) $overset{+2}{Fe}O$ соответствует гидроксид железа (II) $overset{+2}{Fe}(OH)_2$.
Кислотные оксиды взаимодействуют с щелочами с образованием соли и воды, им соответствуют кислоты. Это оксиды неметаллов ($mathrm{CO_2, SO_2, SO_3, N_2O_5}$) или переходных металлов в высших степенях окисления ($mathrm{CrO_3, Mn_2O_7}$).
Оксиду соответствует кислота в случае, если степень окисления элемента в обоих соединениях одинакова, при этом степень окисления кислотного остатка равна количеству атомов водорода.
Например, оксиду углерода (IV) $overset{+4}{C}O_2$ соответствует угольная кислота $H_2overset{+4}{C}O_3$;
оксиду серы (IV) $overset{+4}{S}O_2$ соответствует сернистая кислота $H_2overset{+4}{S}O_3$;
оксиду серы (VI) $overset{+6}{S}O_3$ соответствует серная кислота $H_2overset{+6}{S}O_4$;
оксиду азота (V) $overset{+3}{N}_2O_3$ соответствует азотистая кислота $Hoverset{+3}{N}O_2$;
оксиду азота (V) $overset{+5}{N}_2O_5$ соответствует азотная кислота $Hoverset{+5}{N}O_3$;
оксиду азота (IV) $overset{+4}{N}O_2$ соответствует сразу две кислоты: азотная — $Hoverset{+5}{N}O_3$ и азотистая — $Hoverset{+3}{N}O_2$;
оксиду хлора (IV) $Cloverset{+4}O_2$ соответствует хлорноватая $Hoverset{+3}{Cl}O_2$ и хлористая $Hoverset{+5}{Cl}O_3$ кислоты.
Обратите внимание: если элемент в оксиде проявляет степень окисления, отличную от той, которую он проявляет в кислоте, такой оксид является несолеобразующим!
Например: углерод в угарном газе $overset{+2}{C}O$ проявляет степень окисления +2, в то время как в единственной кислоте, содержащей углерод, $H_2overset{+4}{C}O_3$ его степень окисления равна +4. Поэтому оксид углерода (II) относится к несолеобразующим оксидам.
Амфотерные оксиды проявляют в зависимости от условий свойства основных или кислотных оксидов.
Им соответствуют амфотерные основания.
Например, оксиду железа (III) $overset{+3}{Fe}_2O_3$ соответствует гидроксид железа (III) $overset{+3}{Fe}(OH)_3$
оксиду алюминия $overset{+3}{Al}_2O_3$ соответствует гидроксид алюминия $overset{+3}{Al}(OH)_3$
оксиду хрома (III) $overset{+3}{Cr}_2O_3$ соответствует гидроксид хрома (III) $overset{+3}{Cr}(OH)_3$
В таблице представлены основные свойства кислотных, основных и амфотерных оксидов.
| основные | амфотерные | кислотные |
|---|---|---|
Взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. Это оксиды металлов (кроме некоторых переходных металлов в высших степенях окисления), твердые вещества CaO, FeO, Cu$_2$O | оксиды, проявляющие в зависимости от условий свойства основных или кислотных оксидов. Им соответствуют амфотерные основания Это твердые вещества. Al$_2$O$_3$, ZnO, Fe$_2$O$_3$, $Cr_2O_3$, BeO | взаимодействуют с щелочами с образованием соли и воды, им соответствуют кислоты. Это оксиды неметаллов (CO$_2$, SO$_2$, SO$_3$, N$_2$O$_5$) или переходных металлов в высших степенях окисления (CrO$_3$, Mn$_2$O$_7$) Газы, жидкости, твердые тела Прим. Некоторые (NO$_2$, ClO$_2$) образуют сразу две кислоты |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ
Основные и амфотерные оксиды при комнатной температуре — твердые вещества ($CaO$, $Fe_2O_3$ и др.); кислотные оксиды — твёрдые вещества ($P_2O_5$, $SiO_2$), жидкости ($SO_3$, $Сl_2О_7$ и др.) или газы ($NO_2$, $SO_2$ и др.). Все несолеообразующие оксиды являются газами, кроме $SiO$, который является твердым веществом. Однако, нужно помнить, что кремниевую кислоту $H_2SiO_3$ нельзя получить непосредственно из оксида кремния, добавляя воду! Эту кислоту можно получить косвенным путем из солей кремния — силикатов.
Оксиды металлов могут быть окрашены в разные цвета: оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов обычно белого цвета, оксиды переходных металлов $Cr_2O_3$ — зеленый; $HgO$ — красно-оранжевый; $CuO$ — черный, а $Cu_2O$ — красный.
Оксид кремния $SiO_2$ — самое распространенное твердое вещество на Земле. Он входит в состав почвы (песок), горных пород и минералов. Драгоценные камни, такие как изумруд, сапфир, горный хрусталь имеют в своей структуре молекулы оксида кремния, при этом атомы кремния и кислорода образуют атомную кристаллическую решетку, и, поэтому представляют собой тугоплавкие, твердые, но хрупкие кристаллы правильной формы:
Бурый газ (оксид азота(IV)) Оксид железа (III) Оксид кремния
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ
| Исходное вещество | Реагент | Продукты реакции | Уравнение реакции |
|---|---|---|---|
| $K_2O$ | вода | растворимое основание (щелочь)* | $K_2O + H_2O = 2KOH$ |
| MgO | кислота | соль и вода | $MgO + 2HCl = MgCl_2 + H_2O$ |
| CaO | кислотный оксид | соль | $ CaO + CO_2 = CaCO_3$ |
| $Na_2O$ | амфотерный оксид | соль | $Na_2O + ZnO = Na_2ZnO_2$ |
* Взаимодействие основного оксида с водой протекает только в случае, если образуется растворимое основание, т.е. щелочь. В случае возможного образования нерастворимого основания реакция не идет, например:
$MgO + H_2O not = Mg(OH)_2 downarrow$
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ
| Исходное вещество | Реагент | Продукты реакции | Уравнение реакции |
|---|---|---|---|
$SO_3$ $N_2O_5$ | вода | соответствующая растворимая* кислота | $SO_3 + H_2O = H_2SO_4$ $N_2O_5 + H_2O = 2HNO_3$ $SiO_2 + H_2O not = H_2SiO_3 downarrow$ |
| $SO_2$ | щелочь | соль и вода | $SO_2 + 2NaOH = Na_2SO_3 + H_2O$ |
| $P_2O_5$ | основный оксид | соль | $P_2O_5 + 3Na_2O = 2Na_3PO_4 $ |
| $SO_3$ | амфотерный оксид | соль | $ZnO + SO_3= ZnSO_4 $ |
*Реакция не протекает в случае,если образуется нерастворимая кислота, например: $SiO_2 + H_2O not = H_2SiO_3 downarrow$
Кислотные оксиды образуют соли, соответствующие определенной кислоте. Если у элемента может быть две или более кислот, то следует ориентироваться на степень окисления этого элемента в оксиде и кислоте: она должна быть одинаковой. Для лучшего понимания превращений кислотных оксидов в соли советуем воспользоваться следующим алгоритмом (на примере взаимодействия оксида азота(V) с гидроксидом кальция): $N_2O_5 + Ca(OH)_2 rightarrow$
1) Определим степень окисления азота в оксиде: $overset{X}{N}_2 overset{-2}{O_5} $ X=10/2=+5
2) Вспомним, какие кислоты образует азот и определим в каждой его степень о