Оксиды

Шаблон:Redirect-multi 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 и вода H₂O (не обладает свойствами оксидов).

Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, 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 (или надпероксидами, содержат группу ОШаблон:Sup sub) и озонидами (содержат группу ОШаблон:Sup sub). Они не относятся к категории оксидов.

Также в отдельный небольшой класс обычно выносят субоксиды — бинарные соединения с кислородом, в которых металлы или неметаллы имеют необычно низкую (и/или дробную) степень окисления.

Файл:Chromium(III)-oxide pigment.jpg

Оксид хрома(III)

Файл:Red lead.jpg

Свинцовый сурик (оксид свинца Pb₃O₄)

Файл:Iron(III)-oxide-sample.jpg

Оксид железа(III), ржавчина

Классификация

В зависимости от химических свойств различают:

• Солеобразующие оксиды:
  • основные оксиды (например, оксид натрия Na₂O, оксид меди(II) CuO): оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (кроме BaO), степень окисления которых I—II;
  • кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO₃, оксид азота(IV) NO₂): оксиды переходных металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
  • амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al₂О₃): оксиды переходных 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, вода (оксид водорода) H₂O, оксид кремния(II) SiO, оксид серы(I) S₂O, оксид серы(II) SO.

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 или закись-окись урана U₃O₈. 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

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

Оксиды с низшими или промежуточными степенями окисления иногда называют закись (обычно для степени окисления +1, когда устойчива более высокая) и недокись (например, оксид углерода(II), CO — закись углерода; диоксид триуглерода, C₃O₂ — недокись углерода<ref name="usp_chim">Дашкевич Л. Б., Бейлин В. Г. Недокись углерода в органическом синтезе / Успехи химии. — 1967. — Том 36. — № 6. — C. 947—964.</ref>; 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<ref>то есть смешанные оксиды, в состав которых входят атомы одного элемента в различных степенях окисления</ref> оксиды — закись-окись (Fe₃O₄ = FeO·Fe₂O₃ — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U₃O₈ — закись-окись урана).

{{#ifexpr: 0 mod 2 = 0 and 0 != 4 and 0 != 104 |

}}{{#if: |

:

}}

{{#ifexpr: 0 mod 2 = 0 and 0 != 4 and 0 != 104 |

}}Если какой-нибудь металл даёт 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.{{#if: Шаблон:ВТ-ЭСБЕ

|

— Шаблон:ВТ-ЭСБЕ

}}

Эта номенклатура, однако, не отличается последовательностью, поэтому такие названия следует рассматривать скорее как традиционные.

Свойства

При нормальных условиях оксиды могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

• 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

1. Основный оксид + сильная кислота → соль + вода:

<chem>CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O</chem>.

2. Сильноосновный оксид + вода → гидроксид:

<chem>CaO + H2O -> Ca(OH)2</chem>.

3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль:

<chem>CaO + Mn2O7 -> Ca(MnO4)2</chem>.

4. Основный оксид + водород → металл + вода:

<chem>CuO + H2 -> Cu + H2O</chem>.

Примечание: восстановление водородом возможно для металлов менее активных, чем алюминий.

Кислотные оксиды

1. Кислотный оксид + вода → кислота:

<chem>SO3 + H2O -> H2SO4</chem>.

Некоторые оксиды, например SiO₂, с водой не вступают в реакцию, поэтому их кислоты получают косвенным путём.

2. Кислотный оксид + основный оксид → соль:

<chem>CO2 + CaO -> CaCO3</chem>.

3. Кислотный оксид + основание → соль + вода:

<chem>SO2 + 2 NaOH -> Na2SO3 + H2O</chem>.

Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:

<chem>Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O,</chem>

<chem>CaCO3 + H2O + CO2 -> Ca(HCO3)2</chem>.

4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид

<chem>SiO2 + Na2CO3 -> Na2SiO3 + CO2</chem>.

5. Ангидрид кислоты 1 + безводная кислородосодержащая кислота 2 → Ангидрид кислоты 2 + безводная кислородосодержащая кислота 1:

<chem>P2O5 + 2 HClO4 -> 2 HPO3 + Cl2O7</chem>.

Амфотерные оксиды

При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:

<chem>ZnO + 2 HCl -> ZnCl2 + H2O</chem>.

При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:

<chem>ZnO + 2 KOH + H2O -> K2[Zn(OH)4]</chem> (в водном растворе),

<chem>ZnO + 2 KOH -> K2ZnO2 + H2O ^</chem> (при сплавлении).

Получение

1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:

<chem>2 H2 + O2 -> 2 H2O,</chem>

<chem>2 Cu + O2 -> 2 CuO</chem>.

Сюда же относят горение в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария, при котором образуются пероксиды и надпероксиды:

<chem>2 Na + O2 -> Na2O2,</chem>

<chem>K + O2 -> KO2</chem>.

2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:

<chem>4 FeS2 + 11 O2 -> 2 Fe2O3 + 8 SO2,</chem>

<chem>CS2 + 3 O2 -> CO2 + 2 SO2,</chem>

<chem>2 PH3 + 4 O2 -> P2O5 + 3 H2O</chem>.

3. Термическое разложение солей:

<chem>CaCO3 -> CaO + CO2,</chem>

<chem>2 FeSO4 -> Fe2O3 + SO2 + SO3</chem>.

4. Термическое разложение оснований или кислот:

<chem>2 Al(OH)3 -> Al2O3 + 3 H2O,</chem>

<chem>4 HNO3 -> 4 NO2 + O2 + 2 H2O</chem>.

5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие:

<chem>4 FeO + O2 -> 2 Fe2O3</chem>.

6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:

<chem>Zn + H2O -> ZnO + H2</chem>.

7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при сжигании кокса с выделением летучего оксида:

<chem>Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C -> 3 CaSiO3 + 2 P + 5 CO</chem>.

8. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями:

<chem>Zn + 4 HNO3 -> Zn(NO3)2 + 2 NO2 ^ + 2 H2O</chem>.

9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:

<chem>2 KClO4 + H2SO4 -> K2SO4 + Cl2O7 + H2O</chem>.

10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:

<chem>NaHCO3 + HCl -> NaCl + H2O + CO2 ^</chem>.

Ссылки

• Таблица классификации оксидов
• Видеоурок про оксиды Шаблон:Wayback