Оксиды

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 О) и озонидами (содержат группу О). 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.

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 углеродаДашкевич Л. Б., Бейлин В. Г. Недокись углерода в органическом синтезе / Успехи химии. — 1967. — Том 36. — № 6. — C. 947—964.; 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 двойныето есть смешанные оксиды, в состав которых входят атомы одного элемента в различных степенях окисления оксиды — закись-окись (Fe3O4 = FeO·Fe2O3 — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U3O8 — закись-окись урана).

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.

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:

CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O.

2. Сильноосновный оксид + вода → гидроксид:

CaO + H2O -> Ca(OH)2.

3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль:

CaO + Mn2O7 -> Ca(MnO4)2.

4. Основный оксид + водород → металл + вода:

CuO + H2 -> Cu + H2O.

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

Кислотные оксиды 1. Кислотный оксид + вода → кислота:

SO3 + H2O -> H2SO4.

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

2. Кислотный оксид + основный оксид → соль:

CO2 + CaO -> CaCO3.

3. Кислотный оксид + основание → соль + вода:

SO2 + 2 NaOH -> Na2SO3 + H2O.

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

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O, CaCO3 + H2O + CO2 -> Ca(HCO3)2.

4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид

SiO2 + Na2CO3 -> Na2SiO3 + CO2.

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

P2O5 + 2 HClO4 -> 2 HPO3 + Cl2O7.

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

ZnO + 2 HCl -> ZnCl2 + H2O.

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

ZnO + 2 KOH + H2O -> K2[Zn(OH)4] (в водном растворе), ZnO + 2 KOH -> K2ZnO2 + H2O ^ (при сплавлении).

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

2 H2 + O2 -> 2 H2O, 2 Cu + O2 -> 2 CuO.

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

2 Na + O2 -> Na2O2, K + O2 -> KO2.

2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:

4 FeS2 + 11 O2 -> 2 Fe2O3 + 8 SO2, CS2 + 3 O2 -> CO2 + 2 SO2, 2 PH3 + 4 O2 -> P2O5 + 3 H2O.

3. Термическое разложение солей:

CaCO3 -> CaO + CO2, 2 FeSO4 -> Fe2O3 + SO2 + SO3.

4. Термическое разложение оснований или кислот:

2 Al(OH)3 -> Al2O3 + 3 H2O, 4 HNO3 -> 4 NO2 + O2 + 2 H2O.

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

4 FeO + O2 -> 2 Fe2O3.

6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:

Zn + H2O -> ZnO + H2.

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

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

8. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями:

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

9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:

2 KClO4 + H2SO4 -> K2SO4 + Cl2O7 + H2O.

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

NaHCO3 + HCl -> NaCl + H2O + CO2 ^.

Примечания

Ссылки Таблица классификации оксидов Видеоурок про оксиды

ОксидыH2OLi2OLiCoO2Li3PaO4Li5PuO6Ba2LiNpO6LiAlO2Li3NpO4Li2NpO4Li5NpO6LiNbO3BeOB2O3С3О2C12O9COC12O12C4O6CO2N2ONON2O3N4O6NO2N2O4N2O5OFNa2ONaPaO3NaAlO2Na2PtO3MgOAlOAl2O3NaAlO2LiAlO2AlO(OH)SiOSiO2P4OP4O2P2O3P4O8P2O5S2OSOSO2SO3Cl2OClO2Cl2O6Cl2O7K2OK2PtO3KPaO3CaOCa3OSiO4CaTiO3Sc2O3TiOTi2O3TiO2TiOSO4CaTiO3BaTiO3VOV2O3V3O5VO2V2O5FeCr2O4CrOCr2O3CrO2CrO3MgCr2O4MnOMn3O4Mn2O3MnO(OH)Mn5O8MnO2MnO3Mn2O7FeCr2O4FeOFe3O4Fe2O3CoFe2O4CoOCo3O4CoO(OH)Co2O3CoO2NiONiFe2O4Ni3O4NiO(OH)Ni2O3Cu2OCuOCuFe2O4Cu2O3CuO2ZnOGa2OGa2O3GeOGeO2As2O3As2O4As2O5SeOCl2SeOBr2SeO2Se2O5SeO3Br2OBr2O3BrO2Rb2ORbPaO3Rb4O6SrOY2O3YOFYOClZrO(OH)2ZrO2ZrOSZr2О3Сl2NbONb2O3NbO2Nb2O5Nb2O3(SO4)2LiNbO3Mo2O3Mo4O11MoO2Mo2O5MoO3TcO2Tc2O7Ru2O3RuO2Ru2O5RuO4RhORh2O3RhO2PdOPd2O3PdO2Ag2OAg2O2Cd2OCdOIn2OInOIn2O3SnOSnO2Sb2O3Sb2O4Hg2Sb2O7Sb2O5TeO2TeO3I2O4I4O9I2O5Cs2OCs2ReCl5OBaOBaPaO3BaTiO3BaPtO3 HfO(OH)2HfO2Ta2OTaOTaO2Ta2O5WO2Br2WO2WO2Cl2WOBr4WOF4WOCl4WO3Re2OReORe2O3ReO2Re2O5ReO3Re2O7OsOOs2O3OsO2OsO4Ir2O3IrO2PtOPt3O4Pt2O3PtO2K2PtO3Na2PtO3PtO3Au2OAuOAu2O3Hg2OHgO(Hg3O2)SO4Hg2O(CN)2Hg2Sb2O7Hg3O2Cl2Hg5O4Cl2Tl2OTl2O3Pb2OPbOPb3O4Pb2O3PbO2BiOBi2O3Bi2O4Bi2O5PoOPoO2PoO3AtFrRa RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTs↓La2O2SLa2O3Ce2O3CeO2PrOPr2O2SPr2O3Pr6O11PrO2NdONd2O2SNd2O3NdHOPm2O3SmOSm2O3EuOEu3O4Eu2O3EuO(OH)Eu2O2SGd2O3TbDy2O3Ho2O3Ho2O2SEr2O3Tm2O3YbOYb2O3Lu2O2SLu2O3LuO(OH)Ac2O3UO2UO3U3O8PaOPaO2Pa2O5PaOSThO2NpONpO2Np2O5Np3O8NpO3PuOPu2O3PuO2PuO3PuO2F2AmO2Cm2O3CmO2Bk2O3Cf2O3EsFmMdNoLr *