Оксиди

Вода та вуглекислий газ – найважливіші оксиди 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 з 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. При спалюванні такого вугілля виділялося багато діоксиду сірки SO₂. У грудні 1952 року Лондон опустився густий туман. У повітрі було так багато діоксиду сірки, що туман забарвився у брудно-жовтий колір, за що отримав назву гороховий суп. Вступаючи в реакцію з крапельками води, діоксид сірки перетворював туман на кислотну хмару, а погодні умови не давали смертельним парам розсіятися. За чотири дні туман забрав життя чотирьох тисяч людей, а надалі кількість жертв досягла 12 тисяч.

Незважаючи на такі "страшні" властивості діоксиду сірки, у малих дозах він нешкідливий і використовується як консервант. Наприклад, у цукерках діоксид сірки не дає жирам окислюватись і надовго зберігає смак.

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. Наприклад, 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, 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.