Оксиды в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

Содержание:

Благодаря способности атомов по-разному и в неодинаковых количествах соединяться между собой существует свыше 10 млн сложных веществ. О том, что они разделяются на две большие группы — органические и неорганические вещества — вы уже знаете из курса природоведения и уроков химии в 7 классе (вспомните, что лежит в основе этой классификации).

Состав оксидов:

Остановимся более детально на изучении формул оксидов и рассмотрим такие примеры:

Как видим, каждая формула состоит из атомов двух химических элементов, один из которых — кислород. Изучая свойства кислорода в 7 классе, вы узнали, что его бинарные соединения с металлическим или неметаллическим химическим элементом называются оксидами. Качественный состав приведенных веществ свидетельствует об их принадлежности к оксидам. А в составе формул отмечаем наличие и металлических, и неметаллических химических элементов.

Оксиды — это бинарные соединения любого химического элемента с кислородом.

Обозначим металлический или неметаллический элемент буквой

где  — валентность элемента, а  — валентность кислорода. Если  — четное число, то индексы сокращают на 2, например:  После сокращения на 2 получаем формулу оксида 

Номенклатура оксидов:

До введения правил составления, написания и чтения названий веществ, т. е. их номенклатуры, оксиды, как и многие другие вещества, называли произвольно. В настоящее время пользуются современной научной номенклатурой оксидов:

• название каждого оксида состоит из двух слов в именительном падеже. Первое слово — оксид, а второе — название химического элемента. Если элемент имеет переменную валентность, ее указывают в круглых скобках после названия элемента, без промежутка. Оба слова пишутся с маленькой буквы.

Поупражняемся в составлении названий оксидов на примере конкретных формул.

 — оксид меди  — оксид углерода   — оксид водорода,  — оксид кальция.

Обратите внимание! Между названием элемента и записанным в скобках значением валентности промежутка нет.

До сих пор мы имели дело только с молекулярными формулами веществ, но существуют еще и структурные формулы. В отличие от молекулярных, они показывают последовательность соединения атомов в веществе.

Структурные формулы — это формулы, в которых черточками показывают валентность, а символы химических элементов записывают в той последовательности, в которой атомы соединяются друг с другом.

Пример 1. Оксид углерода  имеет молекулярную формулу  и структурную

Пример 2. Оксид бора  имеет молекулярную формулу  и структурную

Обратите внимание на то, что в этой формуле атомы бора соединены атомом кислорода.

Физические свойства оксидов:

При нормальных условиях оксиды различны по агрегатному состоянию. Так, оксид меди — твердое вещество,  — газ,  — жидкость. И все же среди оксидов преобладают твердые вещества, которые чаще всего белого цвета (например, оксид цинка, оксид алюминия, оксид кальция). Бесцветны при н. у. газообразные соединения: оксид углерода оксид углерода оксид серы  и некоторые другие. Встречаются оксиды и других цветов: оксид магния — белый, оксид хрома — темно-зеленый, оксид азота — бурый.

С такими физическими свойствами оксидов, как агрегатное состояние, цвет и др., вы ознакомитесь во время выполнения задания рубрики Страница естествоиспытателя.

Итоги:

• Номенклатура — перечень правил, которых придерживаются, когда необходимо назвать соединение.
• Оксиды — это бинарные соединения элемента с кислородом, их формула имеет такой общий вид: 
• В оксидах кислород проявляет валентность 
• Состав оксидов можно передать не только молекулярными, но и структурными формулами.
• Почти все элементы периодической системы могут соединяться с кислородом, образуя оксиды.

Кроме оксидов, существуют и другие группы бинарных соединений элементов с кислородом, в частности пероксиды (приставка пер означает избыток, сверх). То есть, пероксид содержит в своем составе больше атомов кислорода, чем их должно быть, исходя из правил определения валентности элементов в бинарных соединениях. Так, известный вам пероксид водорода  (перекись водорода) имеет на один атом кислорода больше, чем молекула оксида водорода  (вода). Кажется, что кислород в этом соединении одновалентен. Но это лишь на первый взгляд. В действительности же в оксидах и пе-роксидах кислород проявляет одинаковую валентность, и это хорошо видно из структурной формулы пероксида водорода:

Сравним структурную формулу пероксида водорода со структурной формулой оксида водорода и выясним, в чем отличие между этими группами сложных кислородсодержащих неорганических веществ.

Отличие заключается в том, что в оксидах атомы кислорода между собой не соединены:  а в пероксиде есть кислородная цепочка:  За счет одной единицы валентности атомы кислорода соединяются между собой, а вторая используется для соединения с атомом другого химического элемента.

Пероксиды находят разнообразное применение. Так, пероксид водорода незаменим в производстве отбеливателей бумаги, текстильных материалов, синтетических моющих средств, используется как антисептическое средство, для реставрации произведений живописи на основе свинцовых красок, как окислитель ракетного топлива и источник кислорода (вспомните получение кислорода из пероксида водорода).

Пероксид натрия применяют на подводных лодках для очистки воздуха от углекислого газа и увеличения содержания кислорода:

Оксиды

На нашей планете есть вещество, благодаря которому существует жизнь. Ему посвящено множество песен, стихов, сказок, с ним связано немало народных обычаев. Вы, наверное, уже догадались, что это — вода. Она утоляет жажду, снимает усталость, дарит радость и энергию. Можно долго смотреть, как течет ручей, плещутся о берег волны, любоваться радугой* (рис. 7).

С точки зрения химии вода — сложное вещество, имеющее химическую формулу и принадлежащее к оксидам.

Оксид — соединение, образованное двумя химическими элементами, одним из которых является Оксиген.

Оксиды образуют почти все элементы (рис. 8). Общая формула оксидов —

* — Радуга возникает благодаря эффекту преломления солнечных лучей в каплях воды.

Большинство оксидов металлических элементов являются ионными соединениями. Так, оксиды с формулами содержат ионы соответственно, а также ионы Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные — анионами.

Оксиды, образованные неметаллическими элементами, имеют преимущественно молекулярное строение (например, вода углекислый газ ), иногда — атомное (кварц ).

Формулы оксидов:

Количественный состав оксидов разнообразен. Он определяется валентностью элементов.

Для элемента с постоянной валентностью существует один оксид. Одновалентный Литий образует оксид с формулой двухвалентный Кальций — оксид а трехвалентный Бор — оксид Если элемент имеет переменную валентность, то для него существует несколько оксидов. Например, для Купрума известны оксиды а для Хрома —

Обозначив химический элемент символом Е, приведем общие формулы для всех существующих оксидов:

Вы научились составлять формулы соединений, образованных двумя элементами, по значениям валентности элементов. Напомним, как это сделать.

Выведем формулу молекулярного соединения — оксида Сульфура, в котором Сульфур проявляет валентность 4. Сначала запишем символы элементов и укажем над ними значения их валентности: Затем находим наименьшее число, которое делится без остатка на значения валентности 4 и 2. Это число — 4. Делим его на 4

Это интересно. Химикам пока не удалось получить оксиды и другие соединения Гелия, Неона, Аргона. 

Больше всего оксидов образует Нитроген:

и 2 и получаем соответствующие индексы в формуле соединения:

Чтобы составить формулу ионного оксида, необходимо знать заряд иона металлического элемента (его значение совпадает со значением валентности элемента). Заряд иона Оксигена равен —2. Следует помнить, что любое соединение электронейтрально. Если оно состоит из ионов, то сумма их зарядов равна нулю.

Выведем формулу ионного соединения — литий оксида. Литий — одновалентный металлический элемент; он образует ион Запишем ионы Лития и Оксигена: Находим наименьшее число, которое делится без остатка на значения зарядов ионов 1 и 2. Это — число 2. Разделив его на 1 и 2, получаем индексы в формуле соединения:

Вам известно правило: наибольшее значение валентности элемента совпадает с номером группы периодической системы, где он находится. Оксид, в котором элемент проявляет такую валентность, называют высшим.

Для веществ молекулярного строения, в том числе и оксидов, кроме химических формул, используют графические формулы. В 7 классе вы составляли такие формулы для некоторых веществ. Напомним, что в графической формуле атомы соединяют с помощью черточек:

Это интересно. Высшие оксиды элементов I группы Купрума и Аурума —

Количество черточек возле каждого атома равно значению его валентности в соединении. Необходимо учитывать, что одинаковые атомы в молекулах оксидов не соединяются.

Названия оксидов:

Химическое название оксида состоит из двух слов: первое — название элемента, а второе — «оксид»:

— литий оксид,

— кальций оксид,

— бор оксид.

Если элемент образует несколько оксидов, то в названии каждого соединения после названия элемента указывают (без отступа) римской цифрой в скобках значение его валентности:

— феррум(I) оксид,

— феррум(Ш) оксид,

— сульфур(IV) оксид,

— сульфур(VI) оксид.

В названии соединения склоняется лишь второе слово: бор оксида, сульфур(VI) оксидом.

Для некоторых оксидов, кроме химических названий, существуют еще и традиционные (тривиальные). Такие названия для соединений — негашеная известь, углекислый газ, сернистый газ.

Распространенность в природе:

Оксиды содержатся в каждой из трех оболочек нашей планеты — в атмосфере, гидросфере, литосфере.

Самым распространенным оксидом в атмосфере и гидросфере является вода, а в литосфере — силиций(IV) оксид (минерал кварц, основной компонент песка). В воздухе содержится небольшое количество углекислого газа. Больше всего оксидов встречается в литосфере. Они входят в состав горных пород, почвы, минералов (рис. 9).

Это интересно. Для воды химическое название — гидроген оксид — не используют.

 

Выводы:

Оксид — соединение, образованное двумя элементами, одним из которых является Окси-ген. Общая формула оксидов —

Большинство оксидов металлических элементов состоят из ионов, а большинство оксидов неметаллических элементов — из молекул.

Оксиды имеют химические названия, а некоторые — еще и тривиальные. Первым словом в химическом названии оксида является название соответствующего элемента, а вторым — «оксид».

В природе встречается много оксидов. Наиболее распространены вода и силиций(IV) оксид.

Свойства и применение оксидов

Свойства оксидов, как и других веществ, зависят от их внутреннего строения, т. е. от того, из каких частиц они состоят — атомов, молекул или ионов.

Физические свойства оксидов

В ионных оксидах (рис. 15, а) противоположно заряженные ионы сильно притягиваются друг к другу. Поэтому такие оксиды при обычных условиях являются твердыми веществами, плавятся при высокой температуре (табл. 3). Большинство ионных оксидов не растворяются в воде, а остальные реагируют с ней.

В оксидах молекулярного строения (рис. 15, б) притяжение между частицами (молекулами) очень слабое. Поэтому температуры плавления (табл. 3) и кипения соединений невысоки, а их агрегатные состояния при обычных условиях различны. Немало таких оксидов летучи, растворимы в воде (во время растворения многих из них происходят химические реакции), некоторые имеют запах.

Оксиды атомного строения — твердые вещества с высокими температурами плавления (табл. 3) и кипения. Они не растворяются в воде.

Химические свойства оксидов

Способность оксида взаимодействовать с другими веществами зависит от его типа. Рассмотрим отдельно реакции, в которые вступают основные и кислотные оксиды. Вы уже знаете, что основными называют оксиды, которые соответствуют основаниям, а кислотными — те, что соответствуют кислотам.

Строение и температуры плавления некоторых оксидов

Реакции с участием основных оксидов

Реакция с водой:

Строители, садоводы нередко смешивают негашеную известь (кальций оксид) с водой.

При этом происходит химическая реакция и образуется гашеная известь — кальций гидроксид Процесс называют гашением извести (рис. 16):

Среди основных оксидов в аналогичную реакцию вступают только соединения щелочных и щелочноземельных элементов.

Реакции оксидов с водой относят к реакциям соединения.

Вывести формулу продукта реакции оксида с водой можно следующим образом. Сначала нужно сложить вместе все атомы, имеющиеся в формулах реагентов, и разместить их в определенном порядке. Первым записывают символ металлического элемента, затем — символы Оксигена и Гидрогена. Если все индексы в составленной формуле окажутся четными, их нужно разделить на 2. Эту «двойку» ставим как коэффициент в химическом уравнении:

 литий гидроксид

При наличии возле атомов Оксигена и Гидрогена одинакового индекса его выносят за скобки:

 барий гидроксид

Формулу основания можно также записать, исходя из того, что заряд иона металлического элемента в нем такой же, как и в оксиде:

Реакции с кислотными оксидами

Основные оксиды реагируют с соединениями противоположного химического характера, т. е. имеющими кислотные свойства. Среди них — кислотные оксиды.

Продуктом реакции между основным и кислотным оксидами является соответствующая соль. Она состоит из катионов металлического элемента, которые содержались в основном оксиде, и анионов остатка кислоты, которая происходит от кислотного оксида. В формуле соли, как вам известно, сначала записывают катион, а затем — анион.

Примеры уравнений реакций с участием основного и кислотного оксидов:

Это интересно. Оксиды используют для осушки газов.

Реакции с кислотами:

Основные оксиды взаимодействуют не только с кислотными оксидами, но и с кислотами. Продуктами такой реакции являются соль и вода:

Реакции, в которых соединения обмениваются своими составными частями, называют реакциями обмена.
 

Реакции с участием кислотных оксидов

Реакция с водой

Почти все кислотные оксиды реагируют с водой (исключение — оксид ). При этом образуются оксигенсодержащие кислоты:

Формулы кислот — продуктов реакций кислотных оксидов с водой — выводят так же, как и оснований, складывая вместе все атомы, имеющиеся в формулах реагентов. На первом месте в формуле кислоты записывают атомы Гидрогена, на втором — атомы кислотообразующего элемента, а на последнем — атомы Оксигена:

Учителя часто демонстрируют ученикам, как взаимодействует с водой фосфор(V) оксид. Во время этой реакции выделяется столько теплоты, что часть воды быстро испаряется (рис. 17). Если количество воды намного превышает количество оксида, то реакция происходит в соответствии с таким уравнением:

Общее название продуктов взаимодействия основных и кислотных оксидов с водой — гидраты оксидов, или, сокращенно, гидроксиды. Заметим, что гидроксильные группы (группы атомов ОН) содержатся в формулах не только оснований ( и др.), но и оксигенсодержащих кислот. Например, формулу можно записать так:

Реакции с основными оксидами

Кислотные оксиды взаимодействуют с соединениями противоположного химического характера — с основными оксидами и основаниями.

Реакции между кислотными и основными оксидами рассмотрены ранее. Приводим уравнение еще одной такой реакции с участием кислотного оксида

Реакции с основаниями

Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями с образованием солей и воды:

Соль происходит от кислоты, которая соответствует данному кислотному оксиду.

Изложенный материал обобщает схема 1.

Реакции разложения оксидов

Некоторые оксиды в определенных условиях разлагаются на простые вещества

или на другие оксиды и кислород:

Обратите внимание на последнюю реакцию: валентность элемента в оксиде, который образуется, ниже, чем в исходном оксиде.

Реакции оксидов с простыми веществами

Немало оксидов металлических элементов взаимодействуют при высокой температуре с водородом, углеродом, активными металлами. Продуктами большинства этих химических превращений являются металлы и другие оксиды:

Такие реакции используют в черной и цветной металлургии.

Некоторые оксиды реагируют с кислородом:

Применение оксидов

Известно почти триста оксидов. Многие из них применяют на практике. Из железных руд (они содержат оксиды Феррума) получают железо. Кварц — сырье для производства кварцевого стекла, которое, в отличие от обычного, пропускает ультрафиолетовые лучи (под кварцевой лампой можно загорать, как и на солнце). Песок, состоящий в основном из оксида , используют в производстве стекла, а также в строительстве, как и негашеную известь Кристаллы корунда имеют высокую твердость. Порошок этого соединения служит абразивным материалом для обработки поверхности изделий из металлов, керамики. Окрашенные примесями кристаллы оксидов Алюминия, Силиция используют в ювелирном производстве. Кристаллы режут и, придав им огранку (рис. 18), вставляют в украшения*. Некоторые оксиды являются основой красок: — коричневой, — зеленой, — белой.

* — Состав кристаллов: рубин — с примесью сапфир — с примесью оксидов Феррума и Титана; аметист — с примесями оксидов Феррума.

Выводы:

Оксиды ионного строения — твердые вещества. Они, как правило, не растворяются в воде, имеют высокие температуры плавления.

Оксиды молекулярного строения существуют в различных агрегатных состояниях, имеют невысокие температуры плавления и кипения. Большинство этих соединений растворяется в воде, некоторые летучи, имеют запах.

Среди основных оксидов с водой реагируют только оксиды щелочных и щелочноземельных элементов. Продукты этих реакций — основания. Основные оксиды взаимодействуют с кислотными оксидами и кислотами с образованием солей.

Почти все кислотные оксиды реагируют с водой (продукты реакций — оксигенсодержащие кислоты), а также с основными оксидами и основаниями с образованием солей.

Реакции, при которых соединения обмениваются своими составными частями, называют реакциями обмена.

Многие оксиды применяют на практике.

Кислотные осадки

В газовых выбросах промышленных предприятий, теплоэлектростанций, автомобильных двигателей содержатся небольшие количества оксидов Сульфура и Нитрогена. Попадая в атмосферу, они нередко вызывают так называемые кислотные осадки, которые наносят значительный ущерб окружающей среде.

В результате реакции оксида с атмосферной влагой образуется сульфитная кислота:

Часть ее взаимодействует с кислородом и превращается в сульфатную кислоту:

Оксиды Нитрогена появляются в атмосфере вследствие реакций с участием главных компонентов воздуха — азота и кислорода. Сгорание топлива и горючего сопровождается высокой температурой. В этих условиях образуется небольшое количество нитроген(II) оксида:

Это соединение быстро взаимодействует с кислородом

а нитроген(IV) оксид реагирует с атмосферной влагой:

Так в воздухе появляются примеси кислот — сульфитной, сульфатной, нитритной и нитратной. Вместе с дождем или снегом они выпадают на земную поверхность (рис. 19).

Кислотные осадки негативно влияют на растения, вызывают болезни у животных, людей, разрушают строительные материалы, особенно мрамор и известняк, усиливают коррозию металлов.

Оксиды Сульфура и Нитрогена принимают участие в образовании смога. Это — воздух, загрязненный многими токсичными веществами, который надолго зависает над большими городами и промышленными регионами.

Меры, направленные на уменьшение выбросов упомянутых оксидов, являются одними из важнейших в деле охраны природы. В современной теплоэнергетике предпочитают использовать топливо, содержащее как можно меньше Сульфура. Газовые выбросы промышленных предприятий, теплоэлектростанций очищают от сульфур(IV) оксида пропусканием их через водную суспензию кальций гидроксида, распыляют в них порошок мела, известь. Образование оксидов Нитрогена предотвращают, понижая температуру сжигания топлива или горючего. Среди важнейших мер, предпринимаемых на транспорте, — изменение конструкций двигателей, режимов их работы, введение различных добавок к горючему, замена его на другое (например, на сжиженный природный газ или этиловый спирт).

Расчеты по химическим уравнениям

В средние века алхимики не знали, что с помощью вычислений можно определить, какая масса вещества должна вступить в реакцию или образоваться в результате реакции. Они брали для экспериментов произвольные порции веществ и по их остаткам выясняли, какая масса каждого вещества прореагировала.

В настоящее время расчеты не только масс, но и количеств вещества реагентов и продуктов реакций, объемов газов осуществляют по химическим уравнениям. При этом используют значения относительных атомных, молекулярных, формульных или молярных масс. Благодаря таким расчетам химик или инженер-технолог может целенаправленно осуществлять химические превращения, получать продукты реакций в необходимом количестве, избегая избытка исходных веществ.

В этом параграфе рассмотрены решения нескольких задач с использованием химических уравнений. Напомним, что коэффициенты в уравнениях указывают на соотношение количеств вещества реагентов и продуктов реакций:

Пример №1

Какое количество вещества литий гидроксида образуется в результате реакции 4 моль литий оксида с достаточным количеством воды?

Решение

1. Составляем химическое уравнение:

2. Готовим запись для составления пропорции. Под формулами соединений и записываем их количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении (1 моль, 2 моль), а над формулами — приведенное в условии задачи количество вещества оксида (4 моль) и неизвестное количество вещества гидроксида (х моль):

3. Рассчитываем количество вещества литий гидроксида. Составляем пропорцию и решаем ее: по уравнению реакции из 1 моль образуется 2 моль  по условию задачи из 4 моль — х моль

Ответ:

Пример №2

Какая масса углекислого газа прореагирует с 28 г кальций оксида?

Решение

1-й способ

1. Составляем химическое уравнение:

Согласно уравнению, в реакцию вступают одинаковые количества вещества оксидов, например 1 моль и 1 моль

2. Определяем молярные массы веществ, указанных в условии задачи: 

Масса 1 моль равна 56 г, а 1 моль — 44 г.

3. Записываем под формулами реагентов в химическом уравнении массы 1 моль каждого соединения, а над формулами — известную из условия задачи массу кальций оксида и неизвестную массу углекислого газа:

4. Вычисляем массу углекислого газа. Составляем пропорцию и решаем ее: по уравнению реакции

56 г реагируют с 44 г  по условию задачи 28 г —    х г

2-й способ

1. Составляем химическое уравнение:

2. Рассчитываем количество вещества кальций оксида:

3. Записываем под формулами реагентов в химическом уравнении их количества вещества согласно коэффициентам, а над формулами — вычисленное количество вещества кальций оксида и неизвестное количество вещества углекислого газа:

4. Вычисляем количество вещества углекислого газа:

5. Находим массу углекислого газа:

Ответ:

Пример №3

Какой объем сернистого газа (н. у.) прореагирует с натрий гидроксидом с образованием натрий сульфита количеством вещества 0,2 моль?

Решение

1. Записываем химическое уравнение и готовим запись для составления пропорции:

2. Находим количество вещества сернистого газа. Составляем пропорцию и решаем ее:
из 1 моль образуется 1 моль
из х моль — 0,2 моль

3. Вычисляем объем сернистого газа при нормальных условиях:

Ответ:

В некоторых задачах речь идет о двух одновременно протекающих реакциях. Способ их решения заключается в составлении математического уравнения с одним неизвестным (или системы двух уравнений с двумя неизвестными).

Пример №4

После добавления достаточного количества воды к 11,6 г смеси оксидов Лития и Кальция образовалось 17,0 г смеси гидроксидов. Найти массы оксидов в смеси.

Решение

1. Принимаем массу литий оксида за х г. Тогда масса кальций оксида будет равна (в граммах):

2. Вычисляем молярные массы оксидов и гидроксидов Лития и Кальция:

3. Составляем уравнения реакций с записями масс реагентов и продуктов, обозначив неизвестные массы соединений через соответственно:

4. Записываем две пропорции и получаем математические выражения для масс гидроксидов:

5. Приравниваем сумму найденных масс гидроксидов к 17,0 г, решаем уравнение и находим массы оксидов:

Ответ:

Выводы:

Для того чтобы вычислять массы, количества вещества реагентов и продуктов реакций, объемы газов, используют химические уравнения.

Решение задач осуществляют составлением пропорций, а также по формулам, которые отображают связь между соответствующими физическими величинами.

Амфотерные оксиды и гидроксиды

Некоторые оксиды и гидроксиды металлических элементов в зависимости от того, с какими веществами они реагируют, проявляют основные или кислотные свойства.

Способность соединения проявлять основные и кислотные свойства называют амфотерностью, а само соединение — амфотерным.

Приводим формулы важнейших амфотерных соединений:

По физическим свойствам амфотерные оксиды похожи на основные оксиды, а амфотерные гидроксиды — на нерастворимые основания.

Амфотерные соединения взаимодействуют с кислотами и щелочами, с кислотными и основными оксидами. Рассмотрим эти химические превращения подробнее.

Цинк оксид реагирует с кислотой как основный оксид, а цинк гидроксид — как основание:

Продукт реакции в которой амфотерное соединение проявило основные свойства, содержит катионы металлического элемента

Если вместо кислоты взять щелочь, то цинк оксид будет вести себя как кислотный оксид, а цинк гидроксид — как кислота.

Уравнение реакции цинк гидроксида с натрий гидроксидом:

Для того чтобы формула образующейся соли была вам понятной, изменим порядок записи элементов в формуле цинк гидроксида на общепринятый для кислот:

Эта соль является продуктом аналогичной реакции с участием цинк оксида:

В последних реакциях амфотерные соединения проявляют кислотные свойства, поэтому продукт каждой реакции (натрий цинкат ) содержит металлический элемент в составе аниона

Это интересно. Амфотерные гидроксиды проявляют большую химическую  активность, чем амфотерные оксиды.

Если в реакции со щелочью принимает участие амфотерный оксид или гидроксид трехвалентного элемента, то возможны два варианта их взаимодействия.

Рассмотрим реакции между алюминий оксидом и калий гидроксидом. Продуктом одной из реакций является соль, которая происходит от алюминий гидроксида как кислоты Формула соли —

Продукт другой реакции — соль более простого состава. Выведем ее формулу, сначала выяснив формулу соответствующей «кислоты» (на самом деле — амфотерного соединения). Для этого сложим вместе все атомы в формулах алюминий оксида и воды и в полученной формуле уменьшим индексы вдвое:

Теперь заменим в формуле кислоты символ Гидрогена на символ Калия:

Соответствующее химическое уравнение:

Сопоставив коэффициенты перед формулами реагентов в уравнениях (1) и (2), увидим, что ортоалюминат образуется при добавлении к алюминий оксиду втрое большего количества щелочи.

Такие же соли получаются в результате аналогичных реакций с участием алюминий гидроксида:

На рисунке 30 показан результат опыта, который подтверждает амфотерность хром(III) гидроксида

Это интересно. Алюминаты Кальция являются составными частями цемента.

Амфотерные соединения взаимодействуют (большей частью, при нагревании) с основными и кислотными оксидами с образованием солей:

При нагревании амфотерные гидроксиды, как и нерастворимые основания, разлагаются на соответствующие оксиды и воду:

Изложенный материал обобщен в схеме 4.

Выводы:

Некоторые оксиды и гидроксиды металлических элементов проявляют как основные, так и кислотные свойства. Их называют амфотерными соединениями.

По физическим свойствам амфотерные оксиды похожи на основные оксиды, а амфотерные гидроксиды — на нерастворимые основания.

Амфотерные соединения взаимодействуют с кислотами и щелочами, с кислотными и основными оксидами с образованием солей. Амфотерные гидроксиды разлагаются при нагревании.

Способы получения оксидов

Известны несколько способов получения оксидов. Некоторые из них основаны на реакциях простых или сложных веществ с кислородом, другие — на термическом разложении оксигенсодержащих соединений.

Реакции простых веществ с кислородом

В такую реакцию (как правило, при нагревании) вступают почти все металлы и неметаллы. В 7 классе вы наблюдали за тем, как горят на воздухе или в кислороде сера, углерод, магний, фосфор.

Другие примеры аналогичных реакций:

Реакции сложных веществ с кислородом

Большинство бинарных соединений элементов с Гидрогеном горят в кислороде или на воздухе. Продуктами этих реакций являются оксиды и вода:

С кислородом взаимодействуют также сульфиды металлических элементов (они содержатся в полиметаллических рудах):

Такие реакции используют в цветной металлургии; из образующихся оксидов металлических элементов получают медь, цинк, кадмий и др.

Термическое разложение гидроксидов

Основания, оксигенсодержащие кислоты и амфотерные гидроксиды являются термически неустойчивыми соединениями (исключение составляют гидроксиды щелочных элементов). При нагревании они разлагаются на соответствующие оксиды (рис. 38):

Термическое разложение оксигенсодержащих солей

Соли, образованные газообразными кислотными оксидами при нагревании разлагаются на оксиды:

Если оксид термически неустойчив, то вместо него образуются продукты его разложения (рис. 39):

Оксигенсодержащие соли Натрия и Калия при нагревании либо не разлагаются, либо разлагаются, но не на оксиды.

Соли, образованные нелетучими кислотными оксидами (например, ) или амфотерными оксидами (как кислотными), устойчивы к нагреванию. Примеры таких солей:

Если элемент образует два или больше оксидов, то один оксид нередко удается превратить в другой с помощью нагревания

или осуществив его реакцию с кислородом

Изложенный материал обобщает схема 6.

Схема 6. Получение оксидов    

Получение оксидов в промышленности

В отличие от лабораторных способов получения различных соединений промышленная технология предусматривает использование реагентов в больших количествах и предъявляет такие требования:

1. Исходные вещества должны быть доступными и дешевыми. Лучше всего использовать природное сырье.
2. Энергозатраты при подготовке и осуществлении химических реакций должны быть минимальными.

Рассмотрим, как получают негашеную известь, или кальций оксид. Суть единственного промышленного способа, который используют не одно столетие, заключается в разложении известняка при температуре 900 °С. Природных залежей известняка очень много; это доступное и дешевое вещество. Температура, при которой разлагается известняк, не очень высока для промышленности (например, в металлургии создают температуру 1500 °С и выше). При более слабом нагревании разложение известняка замедляется или прекращается.

Почему для производства кальций оксида не используют другие реакции? Например, взаимодействие кальция с кислородом: Потому что кальция нет в природе, а получать этот металл очень сложно. Известно, что кальций оксид образуется при термическом разложении гипса*. Гипс, хоть и встречается в природе, дороже известняка, а температура его разложения намного выше 900 °С. Разлагать же кальций гидроксид (гашеную известь) с целью получения негашеной извести (Са(ОН)2 = СаО + Н2оТ) нецелесообразно, поскольку гашеную известь как раз производят из негашеной.

* - Уравнение реакции:

Выводы:

Оксиды получают с помощью реакций простых и некоторых сложных веществ с кислородом, а также термическим разложением гидроксидов и оксигенсодержащих солей.

Промышленные методы получения оксидов, как и других соединений, предусматривают использование доступных и дешевых веществ при минимально возможных энергозатратах.

Взаимодействие оксидов с водой

Вы убедились, насколько активным веществом является кислород. Способны ли оксиды — продукты взаимодействия кислорода с простыми и сложными веществами — к взаимодействию с другими веществами? Выясним это на опытах и начнем со взаимодействия оксидов с самым распространенным в природе оксидом — оксидом водорода, или водой.

Опыт 1. Получим оксид фосфора сжигая фосфор в кислороде (рис. 5). К колбе, в которой содержится образовавшийся оксид (твердое вещество белого цвета), добавим 5—7 мл горячей воды, которой ополоснем стенки колбы, чтобы образовавшийся оксид растворился. После этого к полученному раствору прибавим несколько капель лакмуса. Наблюдаем, как цвет раствора в колбе становится розовым. Это свидетельствует о том, что в растворе присутствует кислота (индикатор настолько чувствителен, что обнаруживает даже незначительные количества кислоты я растворе).

Как образовалась кислая среда, если в колбу доливали воду? Вывод один — кислота образовалась из оксида фосфора и воды.

Действительно, часть воды вступила во взаимодействие с оксидом фосфора по уравнению:

 ортофосфорная кислота

Воды было добавлено в избытке, поэтому оставшаяся ее часть растворила в себе образовавшуюся кислоту, раствор которой мы и обнаружили с помощью индикатора.

Немало оксидов неметаллов, а также оксиды некоторых металлов с высоким значением валентности  подобно оксиду фосфора взаимодействуя с водой, образуют кислоты. Из известных вам оксидов неметаллов не реагирует с водой оксид кремния — составляющий песка. В образовавшихся кислотах валентность кислотообразующего элемента равна его валентности в оксиде. Так, валентность серы в  равна 6. Поэтому и в образовавшейся из нее кислоте она не изменяется.

Химический элемент сера есть как в сернистой  так и в серной  кислотах. Какая из них образуется из оксида серы Для ответа на поставленный вопрос определим валентность серы в каждой из названных кислот.

Существует правило: чтобы определить валентность кислотообразующего элемента в молекуле кислородсодержащей кислоты, необходимо от суммы единиц валентности кисло рода отнять сумму единиц валентности водорода.

Воспользуемся этим правилом и определим валентность серы в сернистой и серной кислотах.

Вычисления показали, что сера в сернистой кислоте четырехвалентна, а в серной — шестивалентна.

Следовательно, вступая в реакцию с водой, оксид серы образует сернистую кислоту, а оксид серы — серную: 

Вам известна соль перманганат калия  (бытовое название — марганцовка). Поскольку в состав формулы входит один атом калия, который проявляет постоянную валентность 1, делаем вывод, что кислотный остаток  также одновалентен, а формула марганцевой кислоты —  На ее примере поупражняемся в составлении формул оксидов, соответствующих определенной кислоте.

Пример №5

Составить формулу оксида, соответствующего марганцевой кислоте.

Решение

1. Воспользовавшись данным правилом, определим валентность марганца в марганцевой кислоте:

2. Составим формулу семивалентного оксида марганца.

Наименьшее общее кратное для единиц валентности марганца и кислорода — 14. По очереди разделив его на 7 (валентность марганца) и на 2 (валентность кислорода ), получим индексы 2 и 7.

Ответ: 

Опыт 2. В фарфоровую чашку поместим немного негашеной извести, или оксида кальция и осторожно дольем немного воды (рис. 6, о). Наблюдается «вскипание» образовавшейся смеси (рис. 6, б). Оно вызвано тем, что негашеная известь активно реагирует с водой и реакция сопровождается сильным разогретом. По окончании этой реакции содержимое фарфоровой чашки растворим в избытке воды и образовавшуюся неоднородную смесь отфильтруем.

В дальнейшем будем работать с прозрачным фильтратом, который разделим на 3 пробирки. В первую пробирку добавим несколько капель лакмуса и будем наблюдать, как раствор сразу же начнет синеть. До этих пор вы знали, что в растворах кислот лакмус приобретает розовый цвет. Появление другого цвета индикатора свидетельствует о наличии в растворе другого вещества.

Рассмотрим уравнение реакции между оксидом кальция и водой и выясним, что это за вещество:

Таким образом, в растворе есть основание. Выдвигаем гипотезу (предположение), что лакмус можно использовать в качестве индикатора для обнаружения оснований. Чтобы проверить это, проведем следующий опыт.

Опыт 3. Нальем в пробирку 1—2 мл раствора гидроксида натрия  и добавим к нему несколько капель лакмуса. Результат подтверждает наше предположение: раствор приобрел такой же, как у раствора гидроксида кальция цвет — синий. Следовательно, лакмус является индикатором для обнаружения оснований, растворенных в воде.

В растворе оснований лакмус изменяет свой цвет на синий.

Опыт 4. Во вторую пробирку с гидроксидом кальция, полученным в опыте 2, добавим несколько капель метилового оранжевого. Наблюдается появление желтой окраски раствора.

Опыт 5. Прибавим несколько капель метилового оранжевого к раствору гидроксида натрия или любого другого растворимого в воде основания. Наблюдаем такой же результат — раствор приобретает желтый цвет.

В растворе оснований метиловый оранжевый приобретает желтый цвет.

Есть еще одно вещество, чувствительное к наличию в растворе оснований. Это — фенолфталеин. Вспомните, раствор этого вещества в воде бесцветен. Проведем опыт.

Опыт 6. В пробирку с водой добавим несколько капель раствора фенолфталеина. Цвет раствора не изменился.

Опыт 7. В третью пробирку с раствором гидроксида кальция, полученного в опыте 2, добавим несколько капель фенолфталеина — раствор сразу становится ярко-малинового цвета.

Опыт 8. Добавим несколько капель фенолфталеина к раствору гидроксида натрия или любого другого растворимого в воде основания. Наблюдаем такой же результат, как и в опыте 7.

В растворе оснований фенолфталеин приобретает малиновый цвет.

Опыт 9. Поместим в химический стакан немного оксида меди дольем к нему воды, тщательно перемешаем, после чего отфильтруем. К прозрачному фильтрату добавим несколько капель фенолфталеина. Появления малиновой окраски не наблюдается. Аналогичный результат будем иметь и в случае с оксидом железа Это доказывает, что не все оксиды при прямом взаимодействии с водой образуют гидроксиды — такое общее название имеют кислоты и основания. Но и не значит, что гидроксиды для таких оксидов не характерны. Так, всем хорошо известна ржавчина —  Это нерастворимое в воде основание гидроксид железа(Ш). А получают его иным способом, чем растворимые основания.

Валентность металла в основании равна валентности металла в соответствующем оксиде:

Таким образом, одни оксиды металлов взаимодействуют с водой и образуют растворимые основания, или щелочи, другие с водой не взаимодействуют, но соответствующие им нерастворимые в воде основания существуют.

Большинство оксидов неметаллов взаимодействуют с водой при обычных условиях и образуют кислоты.

Оксиды, которые взаимодействуют с водой и образуют основания, и оксиды, которые не взаимодействуют с водой, но им соответствуют основания, называют основными.

Итоги:

• Оксиды способны к взаимодействию с другими веществами.
• Оксидам отвечают гидроксиды — кислоты и основания.
• Валентность кислотообразующего элемента в кислоте равна его валентности в соответствующем оксиде.
• Валентность металла в основании совпадает с его валентностью в соответствующем оксиде.
• Присутствие щелочи в растворе (щелочной среды) обнаруживают с помощью индикаторов: лакмуса, фенолфталеина, метилового оранжевого.

Первый индикатор был изготовлен из природного сырья. Случилось это так. Как-то английскому ученому Роберту Бойлю (1627— 1691 гг.) понадобился сосуд, в котором он изготовил водную настойку лакмусового лишайника. Он освободил сосуд от настойки, налил в нее соляной кислоты и заметил, что бесцветный до этого раствор кислоты стал красным. Потом он добавил несколько капель настойки в раствор гидроксида натрия. Теперь раствор стал синим. Так был открыт и впервые использован индикатор для определения кислой и щелочной среды, который назвали лакмусом. Впоследствии настойкой стали пропитывать бумажные полоски, а зятем высушивать их и использовать в химических лабораториях.

Общие свойства оксидов

Из предыдущего параграфа вы узнали о взаимодействии оксидов с водой и образовании гидроксидов. Следует уточнить, что при обычных условиях взаимодействуют с водой и образуют щелочи лишь оксиды металлов, расположенных в вытеснительном ряду от лития до натрия включительно 

Взаимодействие оксидов металлов с кислотами

Если в реакцию с кислотами вступают лишь металлы, расположенные в вытеснительном ряду до водорода, то относительно оксидов металлов таких ограничений не существует. С кислотами взаимодействуют как оксиды металлов, расположенных в вытеснительном ряду до водорода, так и оксиды металлов, расположенных в нем после водорода. Подтвердим это опытами.

Опыт 1. Возьмем немного оксида магния — твердого, нерастворимого в воде вещества белого цвета — и дольем к нему 2—3 мл раствора азотной кислоты. Для ускорения реакции содержимое пробирки подогреем. Через небольшой промежуток времени осадок исчезает. Это химическое явление описывается таким уравнением реакции:

Продукты реакции — соль и вода.

Опыт 2. Возьмем немного оксида меди — твердого, нерастворимого в воде вещества черного цвета — и дольем к нему 2—3 мл раствора серной кислоты. Для ускорения реакции содержимое пробирки подогреем. Вскоре заметим, что жидкость в пробирке приобретает голубой цвет, а содержание в ней оксида меди уменьшается. Появление цвета свидетельствует о протекании химического явления:

Как и в предыдущем опыте, продуктами реакции являются соль и вода.

Оксиды, которые взаимодействуют с кислотами с образованием соли, называют основными оксидами.

Гидратами основных оксидов являются основания.

К основным оксидам относятся лишь оксиды металлов, к тому же с невысокой валентностью — I, II, реже — III, в отдельных случаях — IV.

Вспомните определение реакций присоединения, разложения, замещения и сделайте вывод, к каким из них относятся рассмотренные реакции. Анализ состава веществ до и после реакции указывает, что эти уравнения не относятся ни к одной из них. Это новый тип реакций.

Что в них особенного? Они характеризуются тем, что в реакцию вступают два сложных вещества и в результате реакции образуются также сложные вещества.

Реакция, при которой два сложных вещества обмениваются составными частями, в результате чего образуются новые сложные вещества, называется реакцией обмена.

Воспользовавшись уравнением реакции обмена между оксидом меди и серной кислотой, проиллюстрируем это определение схематически:

Как вам известно, первой составной частью формул оксидов является металлический или неметаллический элемент, второй — кислород. Первой составной частью формул кислот является водород, второй — кислотный остаток. В данном уравнении реакции первые части сложных веществ закрашены в синий цвет, вторые — в красный. Легко заметить, что оксид обменял свою вторую составную часть — кислород — на вторую составную часть кислоты — кислотный остаток. Если же рассматривать кислоту, то можем сказать, что ее первая составная часть — атомы водорода — обменялись местами с атомом металла, соединились при этом с кислородом и образовали воду. А с кислотным остатком соединились атомы металла, то есть образовалась соль.

Взаимодействие оксидов неметаллов со щелочами

Повторим опыт, известный вам еще из курса природоведения,— взаимодействие углекислого газа с известковой водой. Теперь вы знаете, что углекислый газ, или оксид углерода — это оксид неметалла, а известковая вода — раствор гидроксида кальция, то есть щелочь.

Опыт 3. Нальем в пробирку 2—3 мл прозрачного раствора гидроксида кальция (известковой воды) и пропустим туда углекислый газ. Его можно получить при взаимодействии кусочков мрамора (карбоната кальция  с соляной кислотой:

Наблюдаем, что прозрачный раствор в пробирке с известковой водой достаточно быстро мутнеет. Запишем уравнение реакции и выясним, какое из образовавшихся веществ выпало r осадок (в химии любое помутнение называют осадком, потому что оно вызвано образованием нерастворимого вещества):

Как и в предыдущих опытах с оксидами металлов, продуктами реакции являются два сложных вещества — соль и вода.

Оксиды, которые взаимодействуют с основаниями и образуют при этом соль, называют кислотными оксидами.

К кислотным оксидам относится большинство оксидов неметаллов, а также оксиды металлов с высокой валентностью. Кислотным оксидам отвечают гидроксиды — кислоты.

Взаимодействие основных и кислотных оксидов между собой

Основные оксиды взаимодействуют с кислотными оксидами:

Происходит реакция соединения, образовавшийся продукт относится к классу солей.

Обратите внимание, образовавшиеся соли содержат кислотный остаток кислоты, соответствующей взятому для реакции кислотному оксиду.

Понятие об амфотерных оксидах

Исследуя химические свойства сложных веществ, ученые обнаружили группу оксидов, которые нельзя отнести ни к основным, ни к кислотным. А все потому, что эти оксиды вступают во взаимодействие и с кислотами, и с основаниями (щелочами). В обоих случаях продуктами реакций являются соли. Оксиды с такими свойствами называют амфотерными оксидами. Амфотерный в переводе с греческого означает и тот, и другой; оба. К ним относятся: оксид бериллия  оксид цинка  оксид алюминия  оксид свинца оксид хрома и др. Их гидратами являются основания, которые получили название амфотерных гидроксидов.

Понятие о солеобразующих и несолеобразующих оксидах

Рассмотренные в этом параграфе примеры химических явлений указывают на то, что из оксида можно получить соль, подействовав на него кислотой или щелочью. Однако некоторые оксиды этим свойством не обладают. Это касается оксида углерода оксида азота оксида азота оксида водорода  По этому признаку осуществлено разделение оксидов на солеобразующие и несолеобразующие.

Классификация оксидов

Обобщим в виде схемы разделение оксидов на группы и отметим, какие гидроксиды отвечают каждой группе:

Итоги:

• По способности к взаимодействию с другими веществами и образованию солей оксиды делятся на солеобразующие и не солеобразующие.

• Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные, амфотерные.

• Основным оксидам отвечают гидроксиды оснований, кислотным — кислоты, амфотерным — амфотерные гидроксиды.

• Основные оксиды взаимодействуют с водой, кислотами, кислотными оксидами:

• Кислотные оксиды взаимодействуют с водой, основаниями (щелочами), основными оксидами:

Были рассмотрены общие химические свойства оксидов. Соединениям этого класса свойственно и другое взаимодействие, в частности доокисление оксидов. Из названия легко догадаться, что это реакция с кислородом. Действительно, если элемент в соединениях проявляет переменную валентность, то при определенных условиях его оксид с низшей валентностью окисляется до оксида с высшей валентностью, например: 

Определите валентность углерода и серы до и после реакции, чтобы убедиться, что это действительно так.

Доокисление оксидов причастно к такому экологически опасному явлению, как кислотные дожди. В продуктах горения нефти, газа, угля, древесины, выбросах нефтеперерабатывающих, металлургических, химических заводов, автомобильного транспорта содержатся оксид ceры оксид азота Соединяясь с кислородом и влагой воздуха, они превращаются в серную и азотную кислоты, которые с дождем выпадают на землю, нанося ощутимый вред природе.

Оксиды в природе

Вы уже знаете, что среди химических элементов чемпионами по распространению в природе является кислород, кремний, алюминий, железо. Своим первенством они обязаны оксидам. Оксиды — самые распространенные вещества на нашей планете. Больше всего оксидов содержится в оболочках Земли: атмосфере (оксид углерода оксид водорода, или вода), литосфере (оксид кремния или кремнезем, оксид алюминия, оксиды железаи железа и, конечно же, в гидросфере (вода).

Из уроков природоведения вы узнали, что воздух приблизительно на 0,03 % состоит из углекислого газа. На первый взгляд, это вроде бы немного. Однако, если учесть, что воздушная оболочка Земли достигает до 15 км в высоту, становится понятным, насколько распространен этот газообразный оксид.

А что уж говорить о другом оксиде неметалла — оксиде водорода, которым покрыто  суши, и из которого состоит около 80 % массы клеток живых организмов!

Только оксиду углерода природа уготовила равномерное распределение на нашей планете. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека этого вещества становится намного больше в атмосфере крупных городов. Остальные же оксиды на определенных территориях образуют залежи, тогда как на других участках Земли их мало или совсем нет.

 О распространении воды вы знаете, наверное, больше всего. Поэтому обобщите свои знания о воде, дополните их новой информацией и подготовьте рассказ, изобразив его схематически. Образование скалистых гор, почвы, невозможно без оксида кремния и оксида алюминия. В целом земная кора наполовину состоит из оксида кремния

Залежи оксидов железа в Украине в большом количестве находятся вблизи Кривого Рога.

По рисунку 7 вы сможете дополнительно ознакомиться с распространением оксидов в природе.

Применение оксидов основывается на разнообразии их химических и физических свойств. Так, свойство оксидов взаимодействовать с другими веществами используют при получении сплавов железа: чугуна и стали, кислот.

Без использования свойства оксида водорода (воды) растворять другие вещества, образуя растворы, нельзя представить быт, пищевую промышленность, производства лекарств и т. п. Высокая теплоемкость воды дает возможность использовать ее для отопления помещений, в теплообменниках на заводах по производству кислот, в производстве удобрений и т. п. Вода также является ценным сырьем, из которого изготавливают кислоты, спирты, водород, кислород, щелочи и много других веществ. Она вдохновляет поэтов и художников на создание шедевров искусства.

Однако не следует забывать, что в воде зародилась жизнь и без воды живая природа существовать не может. Поэтому забота о сохранении чистоты водоемов — дело каждого.

Оксид кремния — это незаменимый строительный материал в составе песка и гранита и важное сырье для производства стекла, цемента, фарфора, керамики. Достаточно чистый оксид кремния (кварц) используют при изготовлении деталей кварцевых часов, специальной посуды, которая выдерживает резкий перепад температур.

Из оксида алюминия приблизительно на 50 % состоят бокситовые руды, залежи которых есть в Украине. Из этого оксида на алюминиевых заводах получают «крылатый» металл алюминий. Вам хорошо известно, что самолетов и ракетостроение без него было бы невозможным.

Твердость оксида алюминия и оксида кремния обеспечила им применение как абразивных материалов.

На природных рудах — оксидах железа (буром, красном, магнитном железняках) работают доменные печи. Так называют сооружения, в которых из руд выплавляют железо в виде чугуна. Из руды магнитного железняка, в состав которой входит железная окалина  (смешанный оксид  изготавливают магниты.

•  Оксид серы - производство 
•  оксид углеводорода - производство сахара, газированных вод, соды.
•  оксид бериллия- в ядерных реакторах.
•  оксид титана- изготовление белой краски( титановые белила) 
•  оксид алюминия - производство алюминия, огнеупорных и абразивных материалов,синтетических драгоценных камней (рубины, сапфиры и др.)
•  оксид фосфора - осушитель газов и жидкостей
•  оксид кальция - производство гашеной извести,карбида, кальция, хлорной извести; в строительстве
•  Оксид Ванадия - катализатор в производстве аммиака и серной кислоты
•  Оксид кремния- производство стекла, керамики,фарфора, абразивных материалов; компонент строительных смесей; фильтр для воды на водоочистительных станциях; в виде кварца—для изготовления линз.
•  Оксид магния - производство резины, огнеупорных материалов
•  Оксид углерода - восстановление металлов из руд в металлургии
•  Оксид серы - производство  в текстильной, бумажной, сахарной промышленности в качестве отбеливателя; обеззараживание помещений,хранение фруктов и ягод
•   Оксид хрома - производство абразивных материалов; изготовление зеленой краски
•  оксид железа - производство чугуна и стали; изготовление красок
•  Оксид водорода - растворитель на многих производствах; сырье для производства других веществ (водорода, кислорода, ацетилена, спирта, кислот и др.); теплообменник на заводах
•  Оксид азота- производство  окислитель жидкого ракетного топлива

Относительно использования оксида углерода то здесь народнохозяйственная деятельность человека значительно уступает природе. Вдумайтесь только: весь углерод, который входит в состав органических веществ живой и неживой природы, поступил к ним из оксида углерода благодаря деятельности фотосинтетической лаборатории зеленых растений.

Рассмотренные оксиды распространены в природе и используются человеком в больших количествах. Однако многие другие оксиды, хотя и уступают по распространению и масштабах использования, являются не менее важными. Приведем конкретные примеры.

Многие химические производства прекратили бы свою работу без катализаторов, в том числе и оксида ванадия оксида марганца и других.

Белая, зеленая, коричневая и некоторые другие краски своим цветом обязаны оксидам металлических элементов — цинка, хрома, железа, кобальта и т. п.

Оксид серы добывают из руд-сульфидов, чтобы далее доокислить его и производить серную кислоту. Он также используется как отбеливатель бумаги, в текстильной промышленности — для отбеливания шерсти, шелка, в пищевой промышленности — для консервирования плодов, с санитарно-гигиенической целью — для обеззараживания помещений и т. п.

Оксид магния применяют для производства огнеупорных материалов, из которых изготавливают тигли и огнеупорный кирпич.

Добавляя в стекло вместо части оксида кремния оксид бора  изготавливают тугоплавкое стекло, которое выдерживает нагревание до 

В медицине применяют оксид цинка, оксид магния, оксид алюминия и другие.

Строительство было бы невозможным без оксида кремния воды и негашеной извести.

По рисунку 8 вы можете еще раз убедиться в разностороннем применении оксидов.

Итоги:

• По распространению в природе оксиды занимают первое место среди сложных неорганических веществ.
• Благодаря разнообразию физических и химических свойств оксиды находят широкое применение в разных отраслях народного хозяйства и быту.

Было рассмотрено применение каждого из оксидов. Однако существуют производства, где задействованы сразу несколько оксидов, например производство чугуна в специально построенных печах, которые называются доменными, или домнами. Во-первых, железо добывают из руд, которые содержат  Источником тепла здесь служит высококачественный уголь — кокс. Кроме этого, кокс необходим для того, чтобы в домне было достаточно оксида углерода При высокой температуре  соединяется с накаленным коксом и образует оксид углерода без которого добывание железа остановилось бы, поскольку  доокисляется за счет кислорода, содержащегося в железной руде, то есть отбирает кислород, а металл выделяется в свободном состоянии.

Руды содержат тугоплавкие примеси, в основном оксид кремния Чтобы они не загрязняли металл, в домну добавляют известняк, который разлагается на оксид кальция  и углекислый газ.  соединяется с  а образованный силикат кальция легко удаляется, потому что при существующей внутри домны температуре находится в жидком состоянии. На доменном производстве в теплообменниках используется также  Следовательно, чтобы выплавить чугун, необходимо иметь по меньшей мере 5—6 различных оксидов. Не меньше их участвует и в производстве стали.

Получение оксидов

Оксиды получают из простых и сложных веществ путем их окисления или разложения при нагревании.

1. Окисление простых веществ:

(К какому типу относятся эти реакции?)

2.Окисление сложных веществ:

3. Разложение нерастворимых оснований при нагревании:

Справочный материал по оксидам

Элемент	Образованный оксид
	Основный	Кислотный	Амфотерный
X	+
Y	+	+
Z			+
T	+		+

Определите элементы X,Y,Z иT.

1. Na	2. Pb	3. Cr	4. Ca	5. Fe	6. Zn	7. Al
X-....	Y-....	Z-....		T-....

Какие вещества называют оксидами? На основе каких правил можно дать названия оксидам?

В VlI классе вы ознакомились лишь с некоторыми представителями неорганических соединений. В этом учебном году вы ознакомитесь с этими соединениями более подробно. Оксидами называются самые простые представители неорганических соединений.

Сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых является кислородом, называются оксидами (кроме Na₂O₂, H₂O₂, KO₂, CaO₂, BaO₂).

Классификация оксидов

Оксиды классифицируются по своему составу, и свойствам.

Оксиды, не взаимодействующие с кислотами и основаниями, называются несолеобразующими оксидами.
N₂O, NO, СО, SiO

Оксиды, взаимодействующие с кислотами и основаниями, образуя соль и воду, называются солеобразующими оксидами. Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные, амфотерные и смешанные оксиды.

Оксиды, взаимодействующие с кислотами и кислотными оксидами, образуя соли, называются основными оксидами:
Li₂O, Na₂O, K₂O, MgO, CaO, BaO, HgO, MnO,
FeO, Cu₂O, CuO, Ag₂O

Степень окисления это формальный, т.е. условный заряд атома в молекуле при ионной связи. В основных оксидах степень окисления металла по своему числовому значению равна валентности металла. Степень окисления кислорода во всех оксидах равна -2.

Оксиды, взаимодействующие с щелочами и основными оксидами, образуя соль, называются кислотными оксидами. Кислотные оксиды также называют кислотными ангидридами. К кислотным оксидам относятся следующие оксиды:
CO₂, N₂O₃, NO₂, N₂O₅, P₂O₃, P₂O₅, SO₂, SO₃, SiO₂,
CrO₃, Mn₂O₇, Cl₂O₇

Оксиды, взаимодействующие как с кислотами (или кислотными оксидами), так и с щелочами (или основными оксидами), образуя соль, называются амфотерными оксидами. Оксиды, которые в зависимости от условий проявляют свойства как кислотных, так и основных оксидов, называются амфотерными оксидами. Примерами амфотерных оксидов являются следующие оксиды:
BeO, ZnO, Cr₂Q₃, Al₂O3, Fe₂O₃, MnO₂, PbO, PbO₂ и др.

Вещества, образованные соединением двух различных оксидов одного и того же элемента, называются смешанными оксидами.
Pb₂O₃, Mn₃O₄,Fe₃O₄

Существуют также другие бинарные кислородные соединения, которые не называются оксидами. Например, пероксиды Na2O2, Н2О2, супероксиды NaО2, KО2 и К2О4 и озонид калия KO3 не являются оксидами.

Номенклатура оксидов

Некоторые оксиды имеют исторические названия, например, СО угарный газ, CO₂ углекислый газ, SO₂ сернистый газ, N₂O веселящий газ, SiO₂ кварц, песок.

При наименовании оксида металла с переменной валентностью по международной номенклатуре вначале произносится слово оксид, затем название металла и далее в скобках римскими цифрами отмечается его валентность. Если металл с постоянной валентностью, то его валентность не указывается. (По-гречески 1 моно, 2 ди, 3 три, 4 тетра, 5 пента, б гекса, 7 гепта, 8 окта.)

Оксиды металлов с постоянной валентностью		Оксиды металлов с переменной валентностью
Оксид металла	Международное название	Оксид металла	Международное название
Li2O	Оксид лития	CuO	Оксид меди(II)
ZnO	Оксид цинка	Cu2O	Оксид меди(I)

Оксиды неметаллов раньше называли подобно оксидам металлов с переменной валентностью. В настоящее же время при наименовании оксидов неметаллов по международной номенклатуре вначале указывается по-гречески количество атомов кислорода и добавляется слово «оксид». Затем указывается название первого элемента, образующего оксид. Если число первого элемента составляет единицу, то оно не указывается, а дается лишь название элемента (СО монооксид углерода, SO₂ диоксид серы). Также используется наименование оксидов неметаллов как названия оксидов металлов (CO₂ оксид углерода (IV), N₂O - оксид азота (I)).

Графические формулы оксидов

В оксидах кислород соединяется только с атомом другого элемента.

Na2O	MgO	CO2
Na-O-Na	Mg = O	O = C = O
оксид натрия	оксид магния	диоксид углерода (или углекислый газ)

Если в соединениях, образованных при взаимодействии элементов с кислородом, атомы кислорода соединяются между собой, то такие соединения называются пероксидами.

Na2O	BaO2	H2O2
Na-O-O-Na		H-O-O-H
пероксид натрия	пероксид бария	пероксид водорода

Физические свойства оксидов

Оксиды в обычных условиях бывают в трёх агрегатных состояниях.

Все основные, амфотерные и смешанные оксиды в нормальных условиях бывают в твердом состоянии. Кислотные же оксиды при комнатной температуре бывают в трех агрегатных состояниях.

Получение и химические свойства оксидов

Получение оксидов

Оксиды получают различными методами. Ознакомимся с некоторыми из них.

Непосредственное взаимодействие простых веществ с кислородом.

4 Li + O₂ 2Li₂O    4P + 5O₂ 2P₂O₅

Хотя металлы Na и К и вступают в реакцию соединения с кислородам, но оксид не получается.

Разложение гидроксидов малоактивных металлов (т.е. нерастворимых в воде оснований).

Mg(OH)₂ MgO+H₂O    2A1(OH)₃ Al₂O₃+3H₂O

Влейте в пробирку 1 мл раствора сульфата меди (II) и добавьте к нему 0,5 мл раствора гидроксида натрия. Осторожно подогрейте до тех пор, пока цвет полученного осадка не изменится. После того как раствор в пробирке остынет, осторожно процедите его. Что вы наблюдаете в обоих случаях? Какое и вменение цвета произошло? Отметьте свои соображения в тетради.

Разложение неустойчивых или слабых кислородсодержащих кислот.

H₂CO₃ CO₂ ↑ + H₂O            H₂SO₃ SO₂ ↑ + H₂O

Разложение некоторых солей.
CaCO₃ CaO + CO₂↑

Если элемент образует несколько оксидов, путем окисления оксида с низковалентным элементом или, наоборот, восстановления оксида с высоковалентным элементам можно получить новые оксиды:
2NO +O₂ → 2NO₂
CO₂ + C 2СО

Вытеснение одного оксида другим оксидам из их солей. Малолетучие кислотные оксиды вытесняют летучие оксиды из их солей.

Na2CO₃ + SiO₂ Na₂SiO₃ + CO₂↑

Na₂SiO₃ + CO₂ ↑ реакция не протекает

Оксид	Оксид, вытесненный из своей соли
SiO2	P2O5, NO2, CO2
P2O5	CO2
NO2	CO2

Эти реакции являются необратимыми.
В результате горения некоторых сложных веществ.
CH₄ + 2O₂ CO₂↑ + 2H₂O ↑

Химические свойства оксидов. Изучим химические свойства каждого типа оксидов в отдельности. Каждый вид оксида обладает присущими ему химическими свойствами.

Основные оксиды не вступают в реакцию с щелочами.

Взаимодействие основных оксидов с водой. Из основных оксидов лишь те оксиды, которые образованы щелочными и щелочноземельными металлами, вступая в обычных условиях в реакцию соединения с водой, образуют гидроксиды (щелочи).

Na₂O + H₂O → 2NaOH
CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Другие основные оксиды не вступают в реакцию с водой.
Взаимодействие основных оксидов с кислотами и кислотными оксидами. Основные оксиды, вступая во взаимодействие с кислотными оксидами, образуют соли. При реакции с кислотами образуют соль и воду.

CaO + CO₂ СаСО_з       CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

Взаимодействие основных оксидов малоактивных металлов с восстановителями. Основные оксиды малоактивных металлов восстанавливаются посредством H₂, С, СО до металла. Li₂O, Na₂O, K₂O, CaO, BaO и др. в эти реакции не вступают, т.е. не восстанавливаются до металла.

CuO+C Cu + CO↑

Взаимодействие кислотных оксидов с водой. Кроме оксида кремния (IV) (SiO₂), все другие кислотные оксиды, вступая в реакцию соединения с водой, образуют кислоты. Эти реакции называются реакциями гидратации. Реакция взаимодействия NO2 с водой не является реакцией гидратации.

3NO₂+H₂O 2HNO₃+NO
SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Кислотные оксиды не вступают в реакцию с большинством кислот. Амфотерные оксиды ни при каких условиях не вступают в реакцию с водой. Поскольку амфотерным оксидам присущи двойственные свойства, они вступают в реакции как с кислотами, так и с щелочами.

ZnO + 2NaOH Na₂ZnO₂ + H₂O

Na₂ZnO₂ - цинкат натрия

ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O

ZnSO₄ -  сульфат цинка

Взаимодействие амфотерных оксидов с восстановителями. Амфотерные оксиды, взаимодействуя с восстановителями H₂, С, СО, востанавливаются до свободного металла.

ZnO + C Zn + СО ↑

Смешанные оксиды ни при каких условиях не вступают в реакцию с водой.
Взаимодействие сметанных оксидов с кислотами. При реакции этих оксидов с кислотами образуются две различные соли.

Fe₃O₄ + 8НС1 → FeCl₂+ 2FeCl₃ + 4H₂O

Взаимодействие смешанных оксидов с восстановителями. Смешанные оксиды, взаимодействуя с восстановителями H2, С, СО, восстанавливаются до свободного металла.

Fe₃O₄ + 4С0 3Fe + 4CO₂

Разложение оксидов. Некоторые оксиды при нагревании разлагаются до свободного металла.
2HgO 2Hg + O₂ ↑

Задача:

Определите оксиды:

X	Y	Z
A)    K2O	Fc2O3	CrO3
В)    Fe2O3	CrO3	CrO
С)    K2O	CrO3	Fc2O3
D)    CrO3	K2O	Fc2O3
Е)    Fe2O3	K2O	CrO3

Оксид металла	Вещества, вступившие в реакцию
	H2O	NaOH	НCl
XaOb	+		+
YaOb		+	+
ZaOb	+	+

Решение: Li₂O, Na₂O, K₂O, CaO, BaO в нормальных условиях вступают в реакцию как с водой, так и с кислотами.
В таком случае, X_aO_b K₂O.

Амфотерные оксиды (ВеО, ZnO, Fe₂O₃, Cr₂O₃, Al₂O₃) вступают в реакцию как с щелочами, так и с кислотами. В таком случае, Y_aO_b Fe₂O₃.

Из кислотных оксидов CO₂, SO₂, SO₃, NO₂, N₂O₅, Р₂О₃, P₂O₅, CrO₃, Cl₂O₇ взаимодействуют как с водой, так и с щелочами. В таком случае, Z_aO_bCrO₃.
Ответ: А

Задача:

Какие выражения верные?
1)    X неметалл
2)    Y₂O₃ кислотный оксид
3)    Z₂O₃ амфотерный оксид
4)    Y неметалл
5)    X металл

Оксиды	Вещества, вступившие в реакцию
	NaOH	H2O
XO	+	+
Y2O3	+
Z2O3	+	+

Решение: Если XO вступает в реакцию как с щелочами, так и с кислотами, то это амфотерный оксид (BeO, ZnO). Если Y₂O₃ вступает в реакцию только с щелочами, то это кислотный оксид (N₂O₃, Р₂О₃). Если Z₂O₃ вступает в реакцию как с щелочами, так и с кислотами, то это амфотерный оксид (F₂O₃, Cr₂O₃, Al₂O₃).
Ответ: 2, 3, 5