Оксиди
Окси́ди (також застаріле о́кисли) — неорганічні бінарні сполуки, до складу яких входить кисень у ступені окиснення -2.[1] В таких сполуках кисень може зв'язуватися лише з менш електронегативними елементами, тобто з усіма, окрім фтору (такі сполуки вважаються фторидами кисню). Відомі також оксиди інертних газів.
Оксиди є найпоширенішими сполуками на Землі: до цього класу належить вода, пісок, вуглекислий газ, оксид алюмінію та оксид заліза, які є основою багатьох мінералів, тощо.
З огляду на те, що кисень проявляє в оксидах сталий ступінь окиснення -2, їх розподіляють за ступенем окиснення парного елементу. Так, всі оксиди можна поділити на групи: R2О, RO, R2О3, RO2, R2О5, RO3, R2О7 і RO4, де R — відповідний елемент (метал або неметал).
Формули вищих солетвірних оксидів і летких водневих сполук хімічних елементів залежно від номера групи[2] | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Група елементу | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
Вищий солетвірний оксид | E2O | EO | E2O3 | EO2 | E2O5 | EO3 | E2O7 | EO4 |
Летка воднева сполука елементів головної підгрупи | — | — | — | EH4 | EH3 | EH2 | EH | — |
Якщо хімічний елемент проявляє сталу валентність і з киснем утворює тільки один оксид, то його називають просто оксидом цього елементу. Наприклад, K2O — оксид калію, CaO — оксид кальцію, Al2O3 — оксид алюмінію і т. д. Якщо ж елемент проявляє змінну валентність і утворює по кілька оксидів, то він може записуватися з додаванням валентності елемента. Наприклад, FeO — оксид заліза(II), Fe2O3 — оксид заліза(III).
Дещо застарілими є варіанти назв, в яких до слова оксид додаються префікси з грецьких числівників, які показують кількість атомів кисеню, що припадають на один атом даного елементу. Наприклад, Cu2O — геміоксид (півоксид) міді, NO — монооксид азоту, Cr2O3 — сесквіоксид (півтораоксид) хрому, TiO2 — діоксид (двооксид) титану, V2O5 — геміпентаоксид (півп'ятиоксид) ванадію, SO3 — триоксид сірки, Cl2O7 — гемігептаоксид хлору, OsO4 — тетраоксид осмію. Більше чотирьох атомів кисню, що припадають на один атом елементу, в нормальних оксидів не буває.
Крім того, деякі оксиди мають ще й особливі, тривіальні назви. Наприклад, діоксид вуглецю CO2 називають вуглекислим газом, діоксид сірки SO2 — сірчистим газом, монооксид вуглецю CO — чадним газом тощо. Більшість оксидів неметалів називають ангідридами відповідних кислот. Наприклад, триоксид сірки SO3 називають сульфатним ангідридом (ангідридом сульфатної кислоти H2SO4), оксид фосфору P2O5 — фосфатним ангідридом (ангідридом фосфатної кислоти H3PO4) і т. д.
Оксиди металів являють собою кристалічні речовини. Оксиди неметалів — це, навпаки, переважно леткі речовини і гази.
Осно́вні оксиди — це оксиди, яким відповідають основи. Осно́вними оксидами є, наприклад, Na2O, K2O, CaO, MgO. Деякі оксиди легко взаємодіють з водою з утворенням відповідних основ:
Деякі оксиди, наприклад, Ag2O, з водою не взаємодіють, однак нейтралізують кислоти і тому вважаються осно́вними:
Характерною хімічною властивістю осно́вних оксидів є їхня взаємодія з кислотами. При цьому, як правило, утворюються сіль і вода:
При взаємодії з кислотними і амфотерними оксидами вони утворюють солі, а між собою не взаємодіють. Наприклад:
В осно́вних оксидах метали проявляють низьку валентність (не більше +3). Більшість осно́вних оксидів з водою безпосередньо не взаємодіють, за виключенням лужних та лужноземельних металів. Всім осно́вним оксидам відповідають гідроксиди, які проявлять осно́вні властивості.
До кислотних оксидів відносять такі оксиди, які взаємодіють з осно́вними та амфотерними оксидами, а також з їхніми гідроксидами з утворенням солей. Наприклад:
До кислотних оксидів відносяться також оксиди інертних газів, наприклад, оксиди ксенону, які у воді утворюють відповідні кислоти, а з гідроксидами — солі:
Кислотні оксиди також називають ангідридами (зневодненими кислотами), вказуючи цим, що їх можна одержати з відповідних кислот, віднімаючи від них елементи води, але такий термін вже не є широковживаним. Кислотні оксиди утворюються неметалами та деякими металами, які проявляють змінну валентність. Ступінь окиснення металів у кислотних оксидах буває від +4 до +7. Наприклад, CrO3 — оксид хрому(VI) (ступінь окиснення хрому +6), Mn2O7 — оксид марганцю(VII) (ступінь окиснення марганцю +7) і т. д.
Деякі кислотні оксиди взаємодіють з водою, утворюючи відповідні кислоти, але також є оксиди, які не взаємодіють з водою. Наприклад, SiO2 практично не розчинний у воді, однак він нейтралізує основи, тому є кислотним оксидом:
Кислоти тих кислотних оксидів, що безпосередньо з водою не взаємодіють, одержують посереднім шляхом.
Амфотерними називають такі оксиди, які взаємодіють як з кислотами, так і з основами, утворюючи сіль і воду. При взаємодії з кислотами вони поводять себе як основні оксиди, а при взаємодії з основами — як кислотні.
З водою амфотерні оксиди не взаємодіють. Амфотерні оксиди утворюються тільки металами з валентністю від II до IV. До амфотерних оксидів належать ZnO, SnO, PbO, Al2O3, SnO2 і ін.
Отже, неметали утворюють тільки кислотні оксиди, а метали можуть утворювати основні, амфотерні і кислотні. Причому для металів із змінною валентністю існує така залежність: при низькому валентному стані металу (не вище III) він утворює осно́вний оксид, при високому валентному стані (від IV до VII) він утворює кислотний оксид, а при проміжному (звичайно від II до IV) він утворює амфотерний оксид. Осно́вні, кислотні і амфотерні оксиди називають ще солетвірними, бо вони при взаємодії з кислотами або основами утворюють солі.
Індиферентними називають такі оксиди, які не взаємодіють ні з кислотами, ні з основами і солей не утворюють. Тому їх називають ще несолетвірними оксидами. Індиферентних оксидів небагато: до них належать монооксид вуглецю CO, оксид азоту(I) N2O, оксид азоту(II) NO і деякі інші.
Деякі елементи можуть утворювати подвійні (змішані) оксиди. До таких речовин відносяться, наприклад, змішані оксиди заліза FeO·Fe2O3, свинцю PbO·PbO2 та срібла Ag2O·Ag2O3
Оксиди можна одержувати різними способами.
- Безпосереднім сполученням елементів з киснем:
- Окисленням різних сполук киснем:
- Розкладанням гідроксидів при нагріванні:
- Розкладанням солей кисневих кислот при нагріванні:
- ↑ Оксиген може утворювати також інші сполуки: пероксиди, супероксиди, озоніди та кластерні субоксиди, але вони вважаються окремими класами.
- ↑ Сухан Т. В., Табенська В. В., Капустян А. Й., Горлач В. Ф. Хімія: Посібник для вступників до вищих анвчальних закладів. — 3-є вид. — К. : Либідь, 1996. — 448 с. — ISBN 5-325-00832-3.
- Encyclopedia of Physical Science and Technology / Robert A. Meyers. — 3rd. — San Diego : Academic Press, 2002. — 15453 p. — ISBN 978-0-12-227410-7. (англ.)
- Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.
- Григор'єва В. В., Самійленко В. М., Сич. А. М. Загальна хімія. — К. : «Вища школа», 1991. — С. 140-145. — ISBN 5-11-003667-5.