Розділи

-Бінарні Оксигеновмісні сполуки елементів. Оксиди

Найважливішими і найпоширенішими бінарними сполуками елементів з Оксигеном (киснем) є оксиди.

Оксиди – бінарні сполуки елементів з Оксигеном, до складу яких входить (як умовний аніон) оксид-іон О2–. В оксидах атоми Оксигену не зв'язані між собою; всі атоми елемента, які входять до складу молекули оксиду, мають однаковий ступінь окислення; в оксидах Оксиген завжди має від'ємний ступінь окислення, що дорівнює –2.

Такі бінарні сполуки елементів з Оксигеном, як Рb2О3, Рb3О4, Мn3О4, Fе3О4, U3О8 тощо, до класу оксидів не належать, оскільки вони містять елементи з різними ступенями окислення, а саме: Рb2О3 = Рb+2Рb+4О2, Рb3О4 = Рb+22Рb+4О4, Мn3О4 = Мn+22Мn+4О4, Fе3О4 = Fе+2(Fе+3О2)2, U3О8 = U+4(U+6О4)2. Сполука фтору з Оксигеном ОF2 також до оксидів не належить, тому що містить Оксиген з додатнім ступенем окислення, що дорівнює +2.

За своїми фізичними властивостями оксиди дуже різноманітні. За звичайних умов більшість з них тверді речовини, деякі газопо­дібні або рідкі. Густина, температури плавлення та кипіння оксидів змінюються в досить широких межах.

За хімічним характером оксиди поділяються на солетворні і не-солетворні. До несолетворних належать СО, SіО, NО тощо. Соле­творні оксиди поділяються на основні, кислотні та амфотерні.

Основними називаються оксиди металів, гідрати яких є осно­вами. Приклади основних оксидів: Nа2О, СаО, Аg2О, Сu2О, FеО, Ві2О3, NіО, СоО тощо.

Кислотними є такі оксиди, яким відповідають кислоти. До кислотних оксидів належать оксиди неметалів та оксиди металів із ступенем окислення металу +5, +6 та +7. Приклади кислотних оксидів: В2О3, NО2, N2О5, V2О5, СrО3, Мn2О7 тощо.

Амфотерними називаються оксиди, яким відповідають амфо­терні гідроксиди. Залежно від умов реакції амфотерні оксиди ви­являють властивості як основних, так і кислотних оксидів. Прикла­ди амфотерних оксидів: ВеО, СuО, Аl2О3, ТіО2, SnО, Сr2О3, Fе2О3, РbО, РbО2 тощо.

В табл. наведені дані про хімічний характер оксидів залежно від ступеня окислення елемента, а також формули відповідних їм кислот та гідроксидів.

Таблиця. Хімічний характер оксидів

та відповідні їм форми кислот та гідроксидів

Ступінь окислення елемента

Формула оксиду

Формула

кислоти, гідроксиду

Хімічний характер оксидів

Основний

Амфотерний

Кислотний

1

Е2О

Е(ОН)

Lі, Nа, К, Rb, Сs, Fr, Сu*, Аg*, Аu*, Тl, Нg*

Сl, Вr

2

ЕО

Е(ОН)2

Мg, Са, Sr, Ва,

Rа, Сd, Нg*, Еu, Sm, Yb, V, Сr, Мn, Rе, Fе, Со, Nі

Ве, Zn, Сu, Gе, Sn, Рb,

Рt, Рd

 

3

Е2О3

Е (ОН)3 ЕО(ОН)

Y, Lа, Ас, Тl, Се, Gd, Yb, Аm, Сm, Вk, Сf, Еs, Ві, V, Мn, Rе

Аu, Аl, Gа, Іn, Sс, Sb, Сr, Fе, Nі, Со, Іr, Rh

В, N, Р, Аs

4

ЕО2

Е(ОН)4 ЕО(ОН)2

Тh, U, Рu,

Аm, Сm, Nр

Се, Gе, Sn, Рb, Ті, Zr, Нf, V, Мn, Rе, Рt

С, Sі, S,

Sе, Те

5

Е2О5

Е(ОН)5 ЕО(ОН)3 ЕО2(ОН)

Ра, Nр, Рu

Nb, Та

N, Р, V,

Аs, Sb

6

ЕО3

ЕО2(ОН)2

U, Nр, Рu, Аm

S, Sе, Те, Сr, Мо, W, Мn*, Rе, Fе*, Хе

7

Е2О7

ЕО3(ОН)

Сl, І, Мn, Rе

8

ЕО4

ЕО3(ОН)2

Оs, Ru, Хе

 

Хімічний характер оксидів залежить від положення елемента в періодичній системі. Зміну властивостей оксидів можна спостері­гати в межах груп та періодів. Так, наприклад, елементи другого періоду утворюють вищі оксиди, властивості яких закономірно змі­нюються від основного Lі2О через амфотерний ВеО до кислотних В2О3, СО2, N2О5. Елементи третього періоду також утворюють основні оксиди Nа2О, МgО, амфотерний Аl2О3 і кислотні SіО2, Р2О5, SО3, Сl2О7. При переході до великих періодів зміна хімічного характеру в оксидів спостерігається в межах рядів: четвертий ряд – К2О, СаО (основні оксиди), Sс2О3, ТіО2 (амфотерні), V2О5, СrО3, Мn2О7 (кислотні); п'ятий ряд – Сu2О (основний), ZnО, Gа2О3, GеО2 (амфотерні), Аs2О5, SеО3 (кислотні).

Отже, можна сказати, що в межах малих періодів і рядів вели­ких періодів із збільшенням атомної маси елементів характер вищих оксидів змінюється від основних через амфотерні до кислотних.

Зміну хімічного характеру оксидів можна спостерігати і в ме­жах груп періодичної системи. Так, оксиди одновалентних елемен­тів І і II груп (за винятком оксидів берилію та цинку) відносяться до основних. Вищі оксиди елементів підгруп азоту, VI та VII груп належать до кислотних. Елементи, вищі оксиди яких виявляють амфотерні властивості, розміщені в основному у III та IV групах.

Із збільшенням атомної маси елемента в межах підгруп зроста­ють основні властивості відповідних оксидів. Наприклад, в головній підгрупі III групи: В2О3 – кислотний, Аl2О3, Gа2О3, Іn2О3 – амфотерні та Тl2О3 – основний оксиди. В головній підгрупі IV групи Карбон та Силіцій утворюють кислотні оксиди СО2 і SіО2, а решта елементів – амфотерні. Поси­лення основних властивостей оксидів із вбільшенням атомної маси елемента спостерігається і в інших підгрупах.

Зміну в характері утворених оксидів можна спостерігати для одного й того самого елемента, якщо він утворює кілька оксидів. Так, хром утворює оксиди: СrО – основний, Сr2О3 – амфотерний, СrО3 – кислотний.

Номенклатура оксидів. Назви оксидів складаються із назви елемента в називному відмінку та слова оксид. Якщо елемент утво­рює декілька оксидів, то ступінь окислення елемента зазначається в дужках римською цифрою. Вживається також номенклатура, в якій підкреслюється кількість атомів Оксигену, що припадає на один атом іншого елемента. При цьому на перше місце ставлять назву відповідного елемента у називному відмінку, на друге – слово оксид з відповідним числівниковим префіксом (моно-, ди-, три-, тетра- тощо). Наприклад:

N2О – Нітроген (І) оксид; NО – Нітроген (ІІ) оксид, або Нітроген моноксид;

N2О3 – Нітроген (ІІІ) оксид; NО2 – Нітроген (ІV) оксид, або Нітроген диоксид;

N2О5 – Нітроген (V) оксид; СrО3 – хром (VI) оксид, або хром триоксид;

Сl2О7 – хлор (VII) оксид; ОsО4 – осмій (VIII) оксид, або осмій тетраоксид.

Деякі метали утворюють з Оксигеном сполуки незвичайного складу: V4О, Сr3О, Ті6О тощо. Назви таких сполук: V4О – тетраванадій оксид, Ті6О – гексатитан оксид.

Основні методи добування оксидів. Оксиди елементів утво­рюються внаслідок нагрівання простих речовин при наявності Оксигену або повітря; при розкладанні основ, кислот, амфотерних гідро­ксидів, солей оксигеновмісних кислот; при випалюванні сульфідів, фосфідів, спалюванні горючих водневих сполук; при взаємодії кислот-окислювачів з металами та неметалами, солей деяких мета­лів з лугами, кислотами, оксидами тощо. Наводимо приклади реак­цій, за якими можна добути відповідний оксид:

4Р + 5О2 = 2Р2О5; СаСО3 = СаО + СО2;

2Н2S + 3О2 = 2SО2 + 2Н2О; (NН4)2Сr2О7 = Сr2О3 + N2 + 4Н2О;

2Сu2S + 3О2 = 2Сu2О + 2SО2; 2Рb(NО3)2 = 2РbО + 4NО2 + О2;

4FеS2 + 11О2 = 2Fе2О3 + 8SО2; 2АgNО3 + 2NаОН = А2О + 2NаNО3 + Н2О;

Са3Р2 + 4О2 = 3СаО + Р2О5; Са3(РО4)2 + 3SіО2 = 3СаSіО3 + Р2О5;

Мg(ОН)2 = МgО + Н2О; 4СrО3 = 2Сr2О3 + 3О2;

2Аl(ОН)3 = Аl2О3 + 3Н2О; 3Сu + 8НNО3 = 3Сu(NО3)2 + 2NО + 4Н2О;

2Н3ВО3 = В2О3 + 3Н2О; Nа2О2 + 2Nа = 2Nа2О.

Хімічні властивості оксидів. Більшість основних окси­дів безпосередньо з водою не взаємодіє. Тільки оксиди найактивні­ших металів – Калію, Натрію, Кальцію та деяких інших безпосе­редньо сполучаються з водою, утворюючи розчинні у воді основи – луги. Деякі основні оксиди (МgО, Lа2О3) безпосередньо сполучають­ся з водою, утворюючи нерозчинні основи. Основні оксиди взаємо­діють з кислотами, амфотерними гідроксидами, кислотними та ам­фотерними оксидами з утворенням солей:

ВаО + 2НNО3 = Ва(NО3)2 + Н2О; СаО + Zn(ОН)2 = СаZnО2 + Н2О;

ВаО + N2О5 = Ва(NО3)2; СаО + ZnО = СаZnО2.

Багато кислотних оксидів безпосередньо сполучається з водою, утворюючи відповідні кислоти. Характерною ознакою кислотних оксидів є їх здатність взаємодіяти з основними й амфотерними ок­сидами, основами, амфотерними гідроксидами, утворюючи відпо­відні солі. Наприклад:

2Ва(ОН)2 + 4NО2 = Ва(NО3)2 + Ва (NО2)2 + 2Н2О; ZnО + SО3 = ZnSО4;

SО3 + Zn(ОН)2 = ZnSО4 + Н2О; СrО3 + СаО = СаСrО4.

Деякі кислотні оксиди здатні взаємодіяти з кислотами без утворення солей:

SіО2 + 4НF = SіF4 + 2Н2О; Н2СrО4 + СrО3 = Н2Сr2О7.

Амфотерні оксиди з водою безпосередньо не взаємодіють. З кис­лотами та кислотними оксидами вони взаємодіють як основні. Такі амфотерні оксиди, як Аl2О3, Сr2О3, Fе2О3, ТіО2, ZrО2 тощо, що погано розчиняються у розбавлених розчинах кислот, виявля­ють основні властивості при нагріванні з концентрованими кисло­тами або сплавлянні з солями типу NаНSО4, К2S2О7:

Аl2О3 + 6NаНSО4 = Аl2(SО4)3 + 3Nа2SО4 + 3Н2О;

Аl2О3 + 3К2S2О7 = Аl2(SО4)3 + 3К2SО4.

Амфотерні оксиди виявляють кислотні властивості при взаємо­дії з водними розчинами лугів або сплавлянні з оксидами, гідрокси­дами, карбонатами активних металів:

ZnО + 2КОН + Н2О = К2[Zn(ОН)4]; ZnО + МgО = МgZnО2;

Сr2О3 + Nа2СО3 = 2NаСrО2 + СО2; ТіО2 + К2СО3 = К2ТіО3 + СО2.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92  Наверх ↑

Кращі книги