§ 35. Общая характеристика оксидов

Определения и обозначения

Оксид — бинарное соединение кислорода с другим химическим элементом. Бинарным называют вещество, состоящее ровно из двух элементов, поэтому H₂SO₄ не является оксидом, хотя содержит кислород. В большинстве оксидов степень окисления кислорода равна −2; это помогает составлять формулы и проверять их.

Основный оксид — оксид, которому соответствует основание, то есть гидроксид металла. Обычно такие оксиды образованы металлами, например CaO соответствует Ca(OH)₂. Однако не каждый оксид металла основной: Al₂O₃ амфотерен, а некоторые оксиды не проявляют солеобразующих свойств.

Кислотный оксид — оксид, которому соответствует кислота. Большинство таких оксидов образовано неметаллами: например, SO₃ соответствует H₂SO₄. Некоторые металлы тоже образуют кислотные оксиды, поэтому одного состава недостаточно для надёжного определения их типа.

Амфотерный оксид проявляет свойства и основного, и кислотного оксида. Например, Al₂O₃ реагирует и с кислотами, и со щелочами. Это понятие помогает описать вещества, которые не укладываются в простое деление на основные и кислотные.

Как это устроено

Чтобы определить, относится ли соединение к оксидам, посчитай, сколько разных химических элементов записано в формуле. Если элементов два и один из них — кислород, это оксид: Na₂O и CO₂ подходят под условие. Если элементов три или больше, перед нами другое сложное вещество, например кислота H₂SO₄. Так проверяется именно состав, а не наличие буквы O само по себе.

Формулу оксида составляют так, чтобы суммарный заряд формульной единицы был равен нулю. Для этого записывают символы элементов и их степени окисления, обычно принимая для кислорода значение −2, а затем подбирают индексы. Например, алюминий имеет степень окисления +3: два атома Al дают +6, а три атома O — −6, поэтому формула Al₂O₃. Если индексы можно сократить, их сокращают до наименьших целых чисел.

Название оксида состоит из слова «оксид» и названия второго элемента. Если этот элемент может иметь разные степени окисления, её указывают римской цифрой в скобках: FeO — оксид железа(II), потому что кислород даёт −2, а железо в этой формуле — +2. Если степень окисления элемента постоянна, такое уточнение обычно не требуется. Название позволяет отличить соединения одного элемента с разными степенями окисления.

Классифицировать оксиды полезно по их реакциям, а не только по тому, металл или неметалл входит в состав. Основные оксиды обычно реагируют с кислотами, кислотные — с основаниями; амфотерные способны взаимодействовать и с теми и с другими. При этом существуют исключения: некоторые оксиды металлов кислотные, а часть оксидов не образует солей в характерных реакциях. Поэтому состав даёт подсказку, но свойства дают более надёжный ответ.

Реакции с водой тоже зависят от типа и конкретного вещества. Некоторые основные оксиды образуют с водой основания, а некоторые кислотные — кислоты; например, так ведут себя CaO и SO₃. Но вода не является универсальным реагентом для оксидов: многие вещества с ней не взаимодействуют. Чтобы записать реакцию, сначала проверяют, возможна ли она для данных веществ, затем составляют формулы продуктов и уравнивают число атомов.

Классификация оксидов и их характерные свойства

Сначала сравнивай характерные взаимодействия: например, реакция и с кислотой, и со щёлочью указывает на амфотерность. Соответствующая кислота или основание в таблице помогает увидеть связь оксида с другими классами веществ. Примеры — это ориентиры, а не замена проверки свойств конкретного соединения.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие из формул Na₂O, CO₂, H₂SO₄, FeO являются оксидами.

1. Подсчитаем число разных элементов в каждой формуле: у Na₂O, CO₂ и FeO их по два, а у H₂SO₄ — три.
2. Проверим, входит ли кислород в каждую формулу. Он есть во всех четырёх, но этого условия недостаточно для признания вещества оксидом.
3. Оставим соединения, где кислород сочетается ровно с одним другим элементом. H₂SO₄ исключаем, потому что кроме водорода и кислорода содержит серу.

Ответ: Na₂O, CO₂ и FeO — оксиды; H₂SO₄ — кислота, а не оксид.

Задача 2. Составьте формулы оксидов алюминия и серы со степенью окисления +6, затем назовите их.

1. Для алюминия берём +3, для кислорода −2. Наименьшее общее значение зарядов по модулю — 6: два атома Al и три атома O дают формулу Al₂O₃.
2. У серы задана степень окисления +6. Её компенсируют три атома кислорода со степенью −2, поэтому формула оксида — SO₃.
3. Запишем названия. У алюминия степень окисления постоянная, а у серы она указана в условии и должна быть отражена в названии.

Ответ: Al₂O₃ — оксид алюминия; SO₃ — оксид серы(VI).

Задача 3. Запишите возможные реакции CaO и SO₃ с водой и определите характер образующихся веществ.

1. CaO — основной оксид; для него возможна реакция с водой с образованием основания, соответствующего кальцию.
2. Запишем и проверим уравнение: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Слева и справа одинаковое число атомов каждого элемента.
3. SO₃ — кислотный оксид; при взаимодействии с водой он образует соответствующую кислоту. Уравнение SO₃ + H₂O → H₂SO₄ также уравнено.

Ответ: образуются основание Ca(OH)₂ и кислота H₂SO₄. В обоих случаях тип продукта согласуется с характером исходного оксида.

Типичные ошибки

Ошибка: считать оксидом любое соединение, в формуле которого есть кислород. Такое впечатление возникает потому, что кислород входит в состав многих веществ, включая кислоты и соли. Проверь формулу по числу разных элементов: у оксида их ровно два, и один из них — кислород.

Ошибка: записывать степень окисления кислорода как −1. Так можно перепутать оксиды с пероксидами, в которых кислород действительно имеет степень окисления −1. В большинстве оксидов используй −2, а затем проверь, что сумма степеней окисления в нейтральном соединении равна нулю.

Ошибка: определять тип оксида только по тому, металл это или неметалл. Простое правило часто помогает, но существуют амфотерные оксиды металлов и кислотные оксиды некоторых металлов. Чтобы проверить себя, вспомни характерные реакции: с кислотами, основаниями или с обоими типами веществ.

Ошибка: считать, что каждый оксид реагирует с водой. Некоторые знакомые оксиды действительно образуют с водой кислоты или основания, и это правило легко распространить на все вещества. Но многие оксиды не вступают с водой в реакцию. Проверяй свойства конкретного оксида и не записывай продукт, пока не убедишься, что взаимодействие возможно.

Связь с другими темами

Для работы с оксидами нужны знания о составе вещества, химических формулах, валентности и степенях окисления. Эти понятия позволяют распознавать соединения, составлять их формулы и проверять равенство зарядов. Классификация оксидов пригодится при изучении оснований, кислот и солей: она показывает связи между этими классами веществ. Уравнения реакций оксидов помогут дальше разбирать химические свойства и учиться составлять реакции.

Что запомнить

• Оксид — бинарное соединение кислорода с другим элементом.
• В большинстве оксидов степень окисления кислорода равна −2.
• Основные оксиды связаны с основаниями, кислотные — с кислотами.
• Амфотерные оксиды проявляют и основные, и кислотные свойства.
• Не все оксиды реагируют с водой.
• Тип оксида надёжнее определять по его свойствам, а не только по составу.