Физические свойства оксидов кратко

Обновлено: 30.06.2024

Сегодня мы начинаем подробное знакомство с важнейшими классами неорганических соединений.

Неорганические вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые (металлы и неметаллы), состоящие из одного вида атомов и сложные , состоящие из нескольких видов атомов .

Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли.

По наличию в составе молекулы одновалентных гидроксильных групп ОН (I) выделяют неорганические вещества под названием "гидроксиды".

ОКСИДЫ

Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентностью II . Лишь один химический элемент - фтор, соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF ₂ .

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.

Классификация оксидов

Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.

1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксидыметаллов 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, CrO ₃ -оксид хрома (VI), Mn ₂ O ₇ - 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, Al ₂ O ₃ , Cr ₂ O ₃ ).

4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N ₂ O, NO, CO).

Вывод: характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.

Например, оксиды хрома:

Классификация по растворимости в воде

Кислотные оксиды

Растворимы в воде.

Исключение – SiO ₂

Основные оксиды

Амфотерные оксиды

С водой не взаимодействуют. В воде не растворимы

Выполните задания:

1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.

2. Даны вещества: CaO, NaOH, CO ₂ , H ₂ SO ₃ , CaCl ₂ , FeCl ₃ , Zn(OH) ₂ , N ₂ O ₅ , Al ₂ O ₃ , Ca(OH) ₂ , N ₂ O, FeO, SO ₃ , Na ₂ SO ₄ , ZnO, CaCO ₃ , Mn ₂ O ₇ , CuO, KOH, CO, Fe(OH) ₃ . Выпишите оксиды и классифицируйте их.

Физические свойства оксидов

При комнатной температуре большинство оксидов - твердые вещества (СаО, Fe ₂ O ₃ и др.), некоторые - жидкости (Н ₂ О, Сl ₂ О ₇ и др.) и газы (NO, SO ₂ и др.).

Химические свойства оксидов

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ

1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ

2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н ₂ О (р. обмена)

3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)

4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ

Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами.

ZnO + 2 HCl = ZnCl ₂ + H ₂ O

ZnO + 2 NaOH + H ₂ O = Na ₂ [Zn(OH) ₄ ] ( в растворе)

ZnO + 2 NaOH = Na ₂ ZnO ₂ + H ₂ O (при сплавлении)

Применение оксидов

Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:

В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H ₂ SO ₄ – 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) – TiO ₂ . Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO ₂ 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) – Cr ₂ O ₃ – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr ₂ O ₃ 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.

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:

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:

При взаимодействии основных оксидов с кислотными или амфотерными оксидами получаются соли:

Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды:

При взаимодействии основных оксидов, образованных металлами, стоящими в ряду активности после алюминия, с водородом, происходит восстановление металлов, входящих в оксида:

Кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислот:

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:

Кислотные оксиды реагируют с основаниями с образованием солей и воды:

Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотными и основными оксидами (см. выше), а также с кислотами и основаниями:

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:

К образованию оксидов также приводит термическое разложение солей, оснований и кислот:

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

Задание	При электролизе 40 моль воды выделилось 620 г кислорода. Определите выход кислорода.
Решение	Выход продукта реакции определяется по формуле:

Практическая масса кислорода – масса, указанная в условии задачи – 620 г. Теоретическая масса продукта реакции – масса, рассчитанная по уравнению реакции. Запишем уравнение реакции разложения воды под действием электрического тока:

Согласно уравнению реакции n(H₂O):n(O₂) = 2:1, следовательно n(O₂) = 1/2×n(H₂O) = 20 моль. Тогда, теоретическая масса кислорода будет равна:

η (О₂) = 620 / 640 × 100% = 96,9 %.

Задание	Определите простейшую формулу соединения, содержащего 68,4% хрома и 31,6% кислорода.
Решение	Обозначим количество атомов хрома и кислорода, входящих в состав оксида индексами x и y. Тогда, формула оксида – Cr_xO_y. Составим соотношение:

x:y = ω(Cr)/Ar(Cr) : ω(O)/Ar(O);

x:y = 68,4/52 : 31,6/16;

Разделим на наименьшее значение – 1,3, получим, что х = 1, а у = 2. Следовательно формула оксида CrO₂.

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:

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)

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.

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:

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)

Оксиды, образующие ионные кристаллические решетки, например, CaO, BaO и другие являются твердыми веществами, имеющими очень высокие температуры плавления (>1000⁰C)/

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 TiO_0,65 – TiO_1,25.

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 +3 NO₂) и азотной (H +5 NO₃) 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

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

Читайте также: