-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

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.