Оксиды

Окси́д (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.

Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами называется класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом (см. Окислы).

Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называются пероксидами (перекисями; содержат цепочку −O−O−), супероксидами (содержат группу О⁻₂) и озонидами (содержат группу О⁻₃). Они не относятся к категории оксидов.

Оксид хрома(III)

Свинцовый сурик (оксид свинца Pb₃O₄)

Классификация

В зависимости от химических свойств различают:

• Солеобразующие оксиды:
  • основные оксиды (например, оксид натрия Na₂O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
  • кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO₃, оксид азота(IV) NO₂): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
  • амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al₂О₃): оксиды 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.

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 моноокисью, 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».

Оксиды с низшими степенями окисления (субоксиды) иногда по старой русской номенклатуре называют^[1] закись (англ. аналог — protoxide) и недокись (например, оксид углерода(II), CO — закись углерода; диоксид триуглерода, C₂O₃ — недокись углерода^[2]; оксид азота(I), N₂O — закись азота; оксид меди(I), Cu₂O — закись меди). Высшие степени окисления (оксид железа(III), Fe₂O₃) называют в соответствии с этой номенклатурой окись, а сложные оксиды — закись-окись (Fe₃O₄ = FeO·Fe₂O₃ — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U₃O₈ — закись-окись урана). Эта номенклатура, однако, не отличается последовательностью, поэтому такие названия следует рассматривать скорее как традиционные.

Химические свойства

Основные оксиды

1. Основный оксид + cильная кислота → соль + вода

$\mathsf{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O}$

2. Сильноосновный оксид + вода → щелочь

$\mathsf{CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2}$

3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль

$\mathsf{CaO + Mn_2O_7 \rightarrow Ca(MnO_4)_2}$

$\mathsf{Na_2O + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3}$

4. Основный оксид + водород → металл + вода

$\mathsf{CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O}$

Примечание: металл менее активный, чем алюминий.

Кислотные оксиды

1. Кислотный оксид + вода → кислота

$\mathsf{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}$

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

2. Кислотный оксид + основный оксид → соль

$\mathsf{CO_2 + CaO \rightarrow CaCO_3}$

3. Кислотный оксид + основание → соль + вода

$\mathsf{SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O}$

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

$\mathsf{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}$

$\mathsf{CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2}$

4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид

$\mathsf{SiO_2 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SiO_3 + CO_2}$

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

$\mathsf{P_4O_{10} + 4HClO_4 \rightarrow 4HPO_3 + Cl_2O_7}$

Амфотерные оксиды

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

$\mathsf{ZnO + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2O}$

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

$\mathsf{ZnO + 2KOH + H_2O \rightarrow K_2[Zn(OH)_4]}$ (в водном растворе)

$\mathsf{ZnO + 2KOH \rightarrow K_2ZnO_2}$ (при сплавлении)

Получение

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

$\mathsf{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O}$

$\mathsf{2Cu + O_2 \rightarrow 2CuO}$

При горении в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария образуются пероксиды и надпероксиды:

$\mathsf{2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2}$

$\mathsf{K + O_2 \rightarrow KO_2}$

2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:

$\mathsf{4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2}$

$\mathsf{CS_2 + 3O_2 \rightarrow CO_2 + 2SO_2}$

$\mathsf{2PH_3 + 4O_2 \rightarrow P_2O_5 + 3H_2O}$

3. Термическое разложение солей:

$\mathsf{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$

$\mathsf{2FeSO_4 \rightarrow Fe_2O_3 + SO_2 + SO_3}$

4. Термическое разложение оснований или кислот:

$\mathsf{2Al(OH)_3 \rightarrow Al_2O_3 + 3H_2O}$

$\mathsf{4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + O_2 + 2H_2O}$

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

$\mathsf{4FeO + O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}$

6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:

$\mathsf{Zn + H_2O \rightarrow ZnO + H_2}$

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

$\mathsf{Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \rightarrow 3CaSiO_3 + 2P + 5CO}$

8. Взаимодействие металлов с кислотами-оксилителями:

$\mathsf{Zn + 4HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}$

9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:

$\mathsf{2KClO_4 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + Cl_2O_7 + H_2O}$

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

$\mathsf{NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2\uparrow}$

Ссылки

• Таблица классификации оксидов
• Видеоурок про оксиды

Примечания

1. ↑ «Если какой-нибудь металл дает 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». (С. Вуколов, Д. Менделеев. Окислы / В кн.: «Энциклопедический словарь Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона». — СПб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907).
2. ↑ Л. Б. Дашкевич, В. Г. Бейлин. Недокись углерода в органическом синтезе / Успехи химии. — 1967. — Том 36. — № 6. — C. 947—964.

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 мая 2011.