Какие физические свойства имеют оксиды
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.
Источник
Исключение дифторид кислорода (OF2), поскольку электроотрицательность фтора выше, чем у кислорода и фтор всегда проявляет степень окисления
«-1».
Оксиды, в зависимости от проявляемых ими химических свойств подразделяют на два класса – солеобразующие и несолеобразующие оксиды. Солеобразующие оксиды имеют внутреннюю классификацию. Среди них выделяют кислотные, основные и амфотерные оксиды.
Химические свойства несолеобразующих оксидов
Несолеобразующие оксиды не проявляют ни кислотных, ни основных, ни амфотерных свойств, не образуют соли. К несолеобразующим оксидам относятся оксиды азота
(I) и (II) (N2O, NO), оксид углерода (II) (CO), оксид кремния (II) SiO и др.
Несмотря на то, что несолеобразующие оксиды не способны к образованию солей при взаимодействии оксида углерода (II) с гидроксидом натрия образуется органическая соль – формиат натрия (соль муравьиной кислоты):
CO + NaOH = HCOONa.
При взаимодействии несолеобразующих оксидов с кислородом получают высшие оксиды элементов:
2CO + O2 = 2CO2;
2NO + O2 = 2NO2.
Химические свойства солеобразующих оксидов
Среди солеобразующих оксидов различают основные, кислотные и амфотерные оксиды, первые из которых при взаимодействии с водой образуют основания
(гидроксиды), вторые – кислоты, а третьи – проявляют свойства как кислотных, так и основных оксидов.
Основные оксиды
реагируют с водой с образованием оснований:
CaO + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑;
Li2O + H2O = 2LiOH.
При взаимодействии основных оксидов с кислотными или амфотерными оксидами получаются соли:
CaO + SiO2 = CaSiO3;
CaO + Mn2O7 = Ca(MnO4)2;
CaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2.
Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды:
CaO + H2SO4 = CaSO4 + H2O;
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.
При взаимодействии основных оксидов, образованных металлами, стоящими в ряду активности после алюминия, с водородом, происходит восстановление металлов, входящих в оксида:
CuO + H2 = Cu + H2O.
Кислотные оксиды
реагируют с водой с образованием кислот:
P2O5 + H2O = HPO3 (метафосфорная кислота);
HPO3 + H2O = H3PO4 (ортофосфорная кислота);
SO3 + H2O = H2SO4.
Некоторые кислотные оксиды, например, оксид кремния (IV) (SiO2), не вступают в реакцию взаимодействия с водой, поэтому, соответствующие этим оксидам кислоты получают косвенным путем.
При взаимодействии кислотных оксидов с основными или амфотерными оксидами получаются соли:
P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2;
CO2 + CaO = CaCO3;
P2O5 +Al2O3 = 2AlPO4.
Кислотные оксиды реагируют с основаниями с образованием солей и воды:
P2O5 + 6NaOH = 3Na3PO4 + 3H2O;
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.
Амфотерные оксиды
взаимодействуют с кислотными и основными оксидами (см. выше), а также с кислотами и основаниями:
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O;
Al2O3 + NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4];
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O;
ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4]4
ZnO + 2KOH = K2ZnO2.
Физические свойства оксидов
Большинство оксидов – твердые вещества при комнатной температуре (CuO – порошок черного цвета, CaO – белое кристаллическое вещество, Cr2O3 – порошок зеленого цвета и т.д.). Некоторые оксиды представляют собой жидкости (вода – оксид водорода – бесцветная жидкость, Cl2O7 – бесцветная жидкость) или газы (CO2 – газ без цвета, NO2 – газ бурого цвета). Строение оксидов также различно, чаще всего молекулярное или ионное.
Получение оксидов
Практически все оксиды можно получить по реакции взаимодействия конкретного элемента с кислородом, например:
2Cu + O2 = 2CuO.
К образованию оксидов также приводит термическое разложение солей, оснований и кислот:
CaCO3 = CaO + CO2↑;
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O;
4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O.
Среди других способов получения оксидов выделяют обжиг бинарных соединений, например, сульфидов, окисление высших оксидов до низших, восстановление низших оксидов до высших, взаимодействие металлов с водой при высокой температуре и др.
Примеры решения задач
Источник
Запрос «Окись» перенаправляется сюда; об одноимённом фильме см. Окись (фильм).
Окси́д (синонимы: о́кисел, о́кись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2.
Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами также является класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом (см. Окислы).
Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называют пероксидами или перекисями (содержат цепочку −O−O−), супероксидами (содержат группу О−
2) и озонидами (содержат группу О−
3). Они, строго говоря, не относятся к категории оксидов.
Классификация[править | править код]
В зависимости от химических свойств различают:
- Солеобразующие оксиды:
- основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
- кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
- амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);
- Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, оксид кремния(II) SiO.
Существуют сложные оксиды, включающие в молекулу атомы двух и более элементов, кроме кислорода — например, оксид лития-кобальта(III) Li2O·Co2O3, и двойные оксиды, в которые атомы одного и того же элемента входят в двух или более степенях окисления — например, оксид марганца(II,IV) Mn5O8. Во многих случаях такие оксиды могут рассматриваться как соли кислородсодержащих кислот. Так, оксид лития-кобальта(III) можно рассматривать как кобальтит лития Li2Co2O4, а оксид марганца(II,IV) — как ортоманганит марганца Mn3(MnO4)2.
Номенклатура[править | править код]
В соответствии с номенклатурой ИЮПАК, оксиды называют словом «оксид», после которого следует наименование химического элемента в родительном падеже, например: Na2O — оксид натрия, Al2O3 — оксид алюминия. Если элемент имеет переменную степень окисления, то в названии оксида указывается его степень окисления римской цифрой в скобках сразу после названия (без пробела). Например, Cu2О — оксид меди(I), CuO — оксид меди(II), FeO — оксид железа(II), Fe2О3 — оксид железа(III), Cl2O7 — оксид хлора(VII).
Часто используют и другие наименования оксидов по числу атомов кислорода: если оксид содержит только один атом кислорода, то его называют монооксидом или одноокисью, если два — диоксидом или двуокисью, если три — то триоксидом или триокисью и т. д. Например: монооксид углерода CO, диоксид углерода СО2, триоксид серы SO3.
Также распространены исторически сложившиеся (тривиальные) названия оксидов, например угарный газ CO, серный ангидрид SO3 и т. д.
В начале XIX века и ранее тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды химики называли «землями».
Традиционная номенклатура[править | править код]
Оксиды с низшими степенями окисления (субоксиды) иногда называют закись и недокись (например, оксид углерода(II), CO — закись углерода; диоксид триуглерода, C3O2 — недокись углерода[1]; оксид азота(I), N2O — закись азота; оксид меди(I), Cu2O — закись меди).
Оксиды с высшими степенями окисления (например, оксид железа(III), Fe2O3) называют в соответствии с этой номенклатурой окись, а двойные (то есть с разными степенями окисления) оксиды — закись-окись (Fe3O4 = FeO·Fe2O3 — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U3O8 — закись-окись урана).
Если какой-нибудь металл дает один основной окисел, то последний называют окисью, например окись кальция, окись магния и пр.; если их существует два, то окисел с меньшим содержанием кислорода называется закисью, например закись железа FeO и окись Fe2O3. Окись с меньшим содержанием кислорода, чем в закиси, называется недокисью
Эта номенклатура, однако, не отличается последовательностью, поэтому такие названия следует рассматривать скорее как традиционные.
Свойства[править | править код]
- При взаимодействии кислотного оксида с основным образуется соль.
- Оксиды взаимодействуют с водой, если образуется растворимая кислота или растворимое основание.
- Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, а кислотные с основаниями.
Основные оксиды[править | править код]
1. Основный оксид + сильная кислота → соль + вода
2. Сильноосновный оксид + вода → гидроксид
3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль
4. Основный оксид + водород → металл + вода
Примечание: металл менее активный, чем алюминий.
Кислотные оксиды[править | править код]
1. Кислотный оксид + вода → кислота
Некоторые оксиды, например SiO2, с водой не вступают в реакцию, поэтому их кислоты получают косвенным путём.
2. Кислотный оксид + основный оксид → соль
3. Кислотный оксид + основание → соль + вода
Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:
4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид
5. Ангидрид кислоты 1 + безводная кислородосодержащая кислота 2 → Ангидрид кислоты 2 + безводная кислородосодержащая кислота 1
Амфотерные оксиды[править | править код]
При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:
При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:
(в водном растворе)
(при сплавлении)
Получение[править | править код]
1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:
При горении в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария образуются пероксиды и надпероксиды:
2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:
3. Термическое разложение солей:
4. Термическое разложение оснований или кислот:
5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие:
6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:
7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при сжигании кокса с выделением летучего оксида:
8. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями:
9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:
10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:
Примечания[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- Таблица классификации оксидов
- Видеоурок про оксиды
Источник
Оксиды – это соединения, образованные атомами двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления (-2).
К оксидам относятся все соединения элементов с кислородом, например Fe2O3, P4O10, кроме содержащих атомы кислорода, связанные химической связью друг с другом:
- пероксиды (Na2O2);
- надпероксиды (KO2);
- озониды (KO2).
и соединения фтора с кислородом (OF2, O2F2), которые следует назвать не оксидами фтора, а фторидами кислорода, так как степень окисления кислорода в них положительная.
Физические свойства оксидов
Температуры плавления и кипения оксидов меняются в очень широком интервале. При комнатной температуре они, в зависимости от типа кристаллической решетки, могут находиться в различных агрегатных состояниях. Это определяется природой химической связи в оксидах, которая может быть ионной или ковалентной полярной.
В газообразном и жидком состояниях при комнатной температуре находятся оксиды, образующие молекулярные кристаллические решетки. С увеличением полярности молекул температуры плавления и кипения повышаются (таблица 1).
Таблица 1: Температуры плавления и кипения некоторых оксидов (при давлении 101,3 кПа)
| CO2 | CO | SO2 | ClO2 | SO2 | Cl2O7 | H2O | |
| Tплавления,⁰C | -78 (Tвозгонки) | -205 | -75,46 | -59 | -16,8 | -93,4 | |
| Tкипения, ⁰C | -191,5 | -10,1 | 9,7 | 44,8 | 87 | 100 |
Оксиды, образующие ионные кристаллические решетки, например, CaO, BaO и другие являются твердыми веществами, имеющими очень высокие температуры плавления (>1000⁰C)/
В некоторых оксидах связи ковалентные полярные. Они образуют кристаллические решетки, где атомы связаны несколькими «мостиковыми» атомами кислорода, образуя бесконечную трехмерную сеть, например, Al2O3, SiO2, TiO2, BeO и эти оксиды тоже имеют очень высокие температуры плавления.
Классификация оксидов по химическим свойствами
Несолеобразующие оксиды – оксиды, которым не соответствуют ни кислоты, ни основания.
Солеобразные оксиды – это двойные оксиды, в состав которых входят атомы одного металла в разных степенях окисления.
Металлы, проявляющие в соединениях несколько степеней окисления, образуют двойные, или солеобразные оксиды. Например, Pb3O4, Fe3O4, Mn3O4(формулы этих оксидов могут быть записаны также в виде 2PO·PbO2, FeO·Fe2O3, MnO·Mn2O3 соответственно).
Например, Fe3O4→FeO·FeO3: представляет собой основной оксид FeO химически связанный с амфотерным оксидом Fe2O3, который в данном случае проявляет свойства кислотного оксида. И Fe3O4 формально можно рассматривать как соль, образованную основанием Fe(OH)2 и кислотой [HFeO2], которая не существует в природе:
От гидрата оксида свинца (IV), как от кислоты, и Pb(OH2), как основания, могут быть получены два двойных оксида Pb2O3, Pb3O4(сурик), которые можно рассматривать как соли. Первый является свинцовой солью метасвинцовой кислоты (H2PbO3), а второй – ортосвинцовой кислоты (H4PbO4).
Среди оксидов, особенно среди оксидов d–элементов, много соединений переменного состава (бертолиды), содержание кислорода в которых не соответствует стехиометрическому составу, а изменяется в довольно широких пределах, например, состав оксида титана (II) TiO изменяется в пределах TiO0,65 – TiO1,25.
Солеобразующие оксиды – это оксиды, которые образуют соли. Оксиды этого типа делятся на три класса: основные, амфотерные и кислотные.
Основные оксиды – оксиды, элемент которых при образовании соли или основания становится катионом.
Кислотные оксиды – это оксиды, элемент которых при образовании соли или кислоты входит в состав аниона.
Амфотерные оксиды – это оксиды, которые в зависимости от условий реакции могут проявлять как свойства кислотных, так и свойства основных оксидов.
При образовании солей степени окисления элементов, образующих оксиды, не изменяются, например:
Если при образовании соли происходит изменение степеней окисления элементов, образующих оксиды, то получившуюся соль следует отнести к соли другой кислоты или другого основания, например:
Fe2(SO4)3 представляет собой соль, образованную серной кислотой и гидроксидом железа (III)- Fe(OH)3, которому соответствует оксид Fe2O3.
Образовавшиеся соли являются солями азотистой (H+3NO2) и азотной (H+5NO3) кислот, которым соответствуют оксиды:
Закономерности изменения свойств оксидов
Увеличение степени окисления и уменьшение радиуса его иона (при этом происходит уменьшение эффективного отрицательного заряда на атоме кислорода –δ0) делают оксид более кислотным. Это и объясняет закономерное изменение свойств оксидов от основных к амфотерным и далее к кислотным.
А) В одном периоде при увеличении порядкового номера происходит усиление кислотных свойств оксидов и увеличение силы соответствующих им кислот.
Таблица 2: Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от эффективного заряда на атоме кислорода
| Оксид | Na2O | MgO | Al2O3 | SiO2 | P4O1023 | SO3 | Cl2O7 |
| Эффективный заряд δ0 | -0,81 | -0,42 | -0,31 | -0,23 | -0,13 | -0,06 | -0,01 |
| Кислотно- основные свойства оксида | Основный | Основный | Амфотерный | Кислотный | |||
Б)В главных подгруппах периодической системы при переходе от одного элемента к другому сверху вниз наблюдается усиление основных свойств оксидов:
В)При повышении степени окисления элемента усиливаются кислотные свойства оксидов и ослабевают основные:
Таблица 3: Зависимость кислотно-основных свойств от степени окисления металлов
Список литературы: Общая и неорганическая химия, Ю. М. Коренев, В. П. Овчаренко, 2000г
Автор: Ю. М. Коренев
Источник: Общая и неорганическая химия, Ю. М. Коренев, В. П. Овчаренко, 2000г
Дата в источнике: 2000 год
Источник