ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. ОКСИДЫ

ЛЕКЦИЯ 7.

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. ОКСИДЫ.

1.  Определение понятия «оксид».

2.  Номенклатура оксидов:

2.1.  Русская;

2.2.  Международная.

3.  Классификация оксидов:

3.1.  Основные;

3.2.  Амфотерные;

3.3.  Кислотные;

3.4.  Индифферентные.

4.  Способы получения окислов.

5.  Химические свойства оксидов.

6.  Физические свойства оксидов.

7.  Применение оксидов.

Классификация веществ облегчает их изучение. Зная особенности классов соединений, можно охарактеризовать свойства отдельных их представителей. Важнейшими классами неорганических соединений являются оксиды, кислоты, основания, соли.

1.  Определение понятия «оксид».

Окислами (оксидами) называются вещества, состоящие из двух элементов, один из которых – кислород.

Почти все химические элементы образуют оксиды. До настоящего времени еще не получены: оксиды трёх элементов – благородных газов гелия, неона и аргона.

2.  Номенклатура оксидов.

В настоящее время существует две номенклатуры оксидов.

2.1.  Русская.

Согласно русской номенклатуре окислы называются следующим образом:

1)  Если элемент имеет с кислородом одно соединение, то это соединение называется окисью, например – окись магния и окись алюминия соответственно. Если элемент образует с кислородом два окисла, то тот окисел, в котором степень окисления элемента меньше, называется закисью, а тот окисел, в котором степень окисления элемента больше – окисью; например – закись железа, – окись железа.

2)  Если в окисле на один атом элемента приходится два атома кислорода, то он называется двуокисью; например – двуокись азота, – двуокись серы. В том случае, когда в окисле на один атом элемента приходится три атома кислорода он называется трёхокисью; например – трёхокись серы.

3)  Если элемент образует большое число окислов, то те окислы, которые при взаимодействии с водой дают кислоты, называют ангидридами. Например, для азота известно пять окислов: – закись азота, – окись азота; – азотистый ангидрид; – двуокись азота, – азотный ангидрид.

2.2.  Международная.

Согласно международной номенклатуре (в России номенклатура неорганических соединений, т. е. система их наименований, в последние годы подверглась сильным изменениям. Ныне за основу её принята номенклатура, разработанная Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) и адаптированная к традициям русского языка) названия оксидов образуют из латинского корня названия элемента с большей относительной электроотрицательностью с окончанием «-ид» и русского названия элемента с меньшей относительной электроотрицательностью (см. табл. 1) в родительном падеже. Если же элемент образует несколько оксидов, то в их названиях указывается степень окисления элемента римской цифрой в скобках сразу после названия. Например, – оксид водорода (вода), – оксид железа (II), – оксид железа (III), – оксид фосфора (III), - оксид фосфора (V), – гексаоксид тетрафосфора, – декаоксид тетрафосфора, – оксид меди (I) или оксид димеди.

Особую группу кислородных соединений элементов составляют пероксиды. Обычно их рассматривают как соли пероксида водорода (), проявляющего слабые кислотные свойства. У пероксидов атомы кислорода химически связаны не только с атомами других элементов, но и между собой (образуют пероксидную группу ). Например, пероксид натрия (пероксо- - название группы ). Надо уметь правильно определять степень окисления элементов в пероксидах. Так, в пероксиде бария , степень окисления бария равна +2, а кислорода -1.

3.  Классификация оксидов.

По химическим свойствам окислы делятся на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные или индифферентные). Солеобразующие оксиды делятся на основные, амфотерные и кислотные, т. е. обладают способностью образовывать соли (при взаимодействии с кислотами или основаниями).

Удобно рассматривать свойства оксидов, пользуясь периодической системой элементов . Так, свойства оксидов элементов III периода закономерно изменяются в соответствии со строением их атомов от основных () через амфотерные () к кислотным (). Такой переход справедлив для оксидов элементов всех периодов, кроме первого и седьмого.

3.1.  Основные оксиды.

Основными окислами называются такие окислы, которые, взаимодействуя с кислотами, дают соли и воду. Они образованы металлами с низкими степенями окисления (+1, +2), т. е. им соответствуют основания: ; .

Некоторые основные оксиды при взаимодействии с водой образуют основания. Например:

Другие основные оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют, а соответствующие им основания получаются из солей. Например:

3.2.  Амфотерные оксиды.

Амфотерными окислами называются такие окислы, которые взаимодействуют и с кислотами, и с основаниями, образуя соли и воду. Они проявляют двойственные свойства, т. е. им соответствуют и кислоты, и основания: .

Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются, но они реагируют и с кислотами, и с основаниями. Например:

тетрагидроксоцинкат (II) натрия

гексагидроксоалюминат (III) натрия

При сплавлении со щелочами или карбонатами щелочных металлов образуются метаалюминаты (безводные алюминаты):

3.3.  Кислотные оксиды.

Кислотными окислами называются такие окислы, которые взаимодействуют с основаниями, образуя соль и воду. Они образованы неметаллами и металлами с высокими степенями окисления (+4, +5, +6, +7), т. е. им соответствуют кислоты: ; ; .

Большинство кислотных оксидов образуют кислоты при взаимодействии с водой, например:

Некоторые же кислотные оксиды с водой не взаимодействуют. Однако сами они могут быть получены из соответствующей кислоты. Например:

Большинство кислотных оксидов образуют соли при взаимодействии с основными окислами (см. подпункт 3) пункта 5. Химические свойства оксидов).

3.4.  Индифферентные оксиды.

Безразличными окислами называются такие соединения, которые не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями; и они не образуют солей.

Рассмотренная выше классификация может быть представлена в виде схемы.

4.  Способы получения окислов.

Способы получения веществ в промышленности часто отличаются от лабораторных, поскольку требуется проведение экономически более выгодных процессов и из дешёвого сырья. В разделах, посвящённых получению конкретных веществ, приводятся соответствующие способы получения как в лабораторных условиях, так и в промышленности.

1)  Большинство простых веществ при нагревании на воздухе или кислороде сгорают, образуя окислы. Основные окислы образуются только металлами. Кислотные окислы образуются неметаллами и металлами, которые проявляют высокую степень окисления. Непосредственно с кислородом не взаимодействуют хлор, бром, йод

2)  Термическое разложение оснований. Некоторые основания при нагревании легко теряют воду и превращаются в окислы металлов

3)  Термическое разложение кислот. Кислородсодержащие кислоты при нагревании и в присутствии водоотнимающих веществ () превращаются в кислотные окислы (ангидриды)

Некоторые кислоты, существующие только в растворе, легко дегидратируются даже при слабом нагревании

4)  Термическое разложение солей. Соли кислородсодержащих кислот (особенно легко карбонаты, нитраты, сульфаты) при нагревании разлагаются, образуя окисел металла и кислотный окисел

Если окисел металла термически неустойчив, то вместо окисла образуется металл

Следует отметить, что соли щелочных металлов термически наиболее устойчивы, и если при нагревании происходит их разложение, то окислы при этом не образуются

5)  Если элемент имеет несколько степеней окисления, то окислением низшего окисла можно получить более высший окисел и, наоборот, высший окисел при определённых условиях может быть восстановлен

6)  При высокой температуре нелетучий окисел может вытеснить более летучий

7)  При взаимодействии азотной кислоты и концентрированной серной кислоты с металлами и некоторыми неметаллами (обладающими восстановительными свойствами) образуются окислы, в которых азот и сера проявляют более низкие степени окисления, чем в исходных кислотах

5.  Химические свойства оксидов.

Важнейшие химические свойства оксидов обусловливаются их отношением к воде, кислотам и основаниям.

1)  Окислы, образованные щелочными и щелочноземельными металлами (), вступают в реакцию с водой, образуя щелочи

Эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты – экзотермические.

2)  Все основные окислы, взаимодействуя с кислотами, дают соли и воду. Например, при нагревании раствора серной кислоты с окисью меди образуется голубой раствор сульфата меди

3)  Основные окислы взаимодействуют с кислотными окислами с образованием соли. Реакция окиси кальция с двуокисью кремния происходит в доменной печи с целью удаления пустой породы в виде легкоплавкого шлака (силиката кальция):

4)  Большинство кислотных окислов (ангидридов) взаимодействует с водой с образованием кислот. При поглощении серного ангидрида водой образуется серная кислота

Эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, поэтому на производстве растворяют не в воде, а в растворах серной кислоты.

Некоторые кислотные окислы не взаимодействуют с водой, например двуокись кремния.

5)  Все кислотные окислы реагируют со щелочами. При пропускании двуокиси углерода или двуокиси серы в растворы щелочей образуется соль и вода

При сплавлении твёрдых двуокиси кремния и гидроксида натрия происходит реакция с образованием соли – силиката натрия

6)  Амфотерные окислы реагируют и с кислотами, и с основаниями. В обоих случаях получается соль и вода (см. подпункт 3.2. пункт 3. Классификация оксидов).

6.  Физические свойства оксидов.

Разнообразны физические свойства оксидов. Одни из них являются газообразными веществами при обычных условиях ( и др.), другие – жидкостями (при охлаждении снегом – и др.), третьи – твёрдыми (все основные и амфотерные оксиды, некоторые кислотные оксиды – и др.).

Самый ядовитый из оксидов – оксид углерода(II) или угарный газ. Его молекулы связываются гемоглобином крови намного прочнее, чем молекулы кислорода. Поэтому при наличии даже незначительной примеси этого вещества в воздухе, человек может погибнуть от удушья.

Ядовитыми также являются диоксид серы и диоксид азота .

7.  Применение оксидов.

Один из наиболее широко использующихся оксидов – вода , о применении которой в быту, технике и промышленности вы уже знаете.

Разнообразное применение находят и некоторые другие оксиды.

Так, например, из оксида железа (III) , входящего в состав железных руд, в промышленности получают железо, а из оксида алюминия – алюминий. Оксид алюминия применяют также для изготовления искусственных драгоценных камней – рубина и сапфира. Мелкие кристаллы этого оксида применяются также в производстве наждачной бумаги.

Оксид углерода (IV) (углекислый газ) используют в пищевой промышленности для изготовления всех газированных напитков, для увеличения срока сохранности фруктов и овощей. Этим веществом наполняют углекислотные огнетушители. Твёрдый оксид углерода (IV) под названием «сухой лёд» применяют для хранения мороженого, для сильного охлаждения различных материалов.

Достаточно широко используется и оксид серы (IV) (сернистый газ). Он находит применение в производстве серной кислоты, для дезинфекции складских помещений, уничтожения вредных насекомых и бактерий, отбеливания бумаги.

Оксид кремния (IV) в виде кварцевого песка используется в производстве стекла и бетона. Вместе с оксидом свинца(II) он применяется для изготовления полудрагоценных камней и украшений («кристаллы Сваровски»).

Оксид кальция под названием «негашеная известь» применяют при изготовлении различных строительных материалов.

Оксиды некоторых других металлов находят применение и в производстве красок. Так, например, используют для изготовления краски коричневого, – синего, – зелёного, – розового, и – белого цвета.