"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород. К ним относятся, например, вода H₂O, углекислый газ CO₂ и оксид кальция CaO. По свойствам оксиды делят на основные, кислотные и амфотерные: это помогает предсказывать, с какими веществами они реагируют и какие продукты образуют. Чтобы записывать формулы и правильно называть оксиды, нужно учитывать валентности элементов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид — сложное вещество, состоящее из двух химических элементов, один из которых — кислород со степенью окисления −2. Это значит, что в формуле оксида есть только два вида атомов: например, в CaO — кальций и кислород, а в CO₂ — углерод и кислород. Зная это определение, можно отличать оксиды от других веществ, содержащих кислород.
Основный оксид — оксид, которому соответствует основание. Например, Na₂O соответствует основанию NaOH, а CaO — Ca(OH)₂. Связь с основанием помогает предсказать химические свойства оксида и понять, почему он относится к основным.
Кислотный оксид — оксид, которому соответствует кислота. Так, CO₂ соответствует угольной кислоте H₂CO₃, а SO₃ — серной кислоте H₂SO₄. Это соответствие позволяет заранее предположить, что кислотный оксид будет проявлять свойства, связанные с кислотами.
Амфотерный оксид — оксид, проявляющий свойства и основных, и кислотных оксидов. Примеры таких веществ — Al₂O₃ и ZnO. Название указывает на двойственный характер: в зависимости от реагента амфотерный оксид может вести себя как основной или как кислотный.
Формулу оксида составляют с учётом валентностей — способности атомов образовывать определённое число химических связей. Кислород обычно двухвалентен, поэтому его валентность равна II; валентность второго элемента может быть другой. Индексы подбирают так, чтобы суммарные валентности элементов уравновешивались: иначе формула показывала бы неправильное соотношение атомов. Для этого валентности часто записывают крест-накрест как индексы, а затем сокращают, если у них есть общий делитель.
Название оксида строят из слова «оксид» и названия элемента: например, MgO — оксид магния. Если элемент имеет переменную валентность, её указывают римской цифрой в скобках: Fe₂O₃ — оксид железа(III). Такая цифра нужна, потому что железо образует несколько оксидов, и без уточнения нельзя понять, какое именно вещество имеется в виду.
Деление на основные, кислотные и амфотерные связано не только с составом, но и с химическим поведением. Основному оксиду соответствует основание, кислотному — кислота, а амфотерный способен проявлять свойства обоих типов. Поэтому принадлежность к группе помогает предсказать возможные реакции: например, основной оксид обычно взаимодействует с кислотой, а кислотный — со щёлочью. Однако слово «обычно» важно: конкретные вещества могут отличаться по реакционной способности.
Основные оксиды характерно реагируют с кислотами: в результате образуются соль и вода. Например, CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O. Некоторые оксиды активных металлов взаимодействуют и с водой, образуя основания: Na₂O + H₂O → 2NaOH. Но это свойство нельзя переносить на все основные оксиды: реакция с водой зависит от самого вещества.
Кислотные оксиды реагируют с основаниями, в том числе со щелочами, и обычно образуют соль и воду: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Амфотерные оксиды отличаются тем, что реагируют как с кислотами, так и со щелочами. Например, Al₂O₃ взаимодействует с кислотой с образованием соли и воды, а со щёлочью — с образованием соединения алюминия и натрия. Именно возможность вступать в реакции обоих типов объясняет их название.
Сравнивайте оксиды не только по формуле, но и по соответствующим соединениям и реакциям. В таблице указаны типичные свойства: слово «обычно» означает, что поведение зависит от конкретного вещества, поэтому отсутствие реакции с водой не меняет тип оксида.
| Признак | Основные оксиды | Кислотные оксиды | Амфотерные оксиды |
|---|---|---|---|
| Примеры | Na₂O, CaO | CO₂, SO₃ | Al₂O₃, ZnO |
| Соответствующее соединение | Основание | Кислота | И основание, и кислота |
| Реакция с водой | Некоторые образуют основания | Некоторые образуют кислоты | Обычно не реагируют |
| Реакция с кислотами | Обычно образуются соль и вода | Обычно не реагируют | Реагируют |
| Реакция со щелочами | Обычно не реагируют | Обычно образуются соль и вода | Реагируют |
Задача 1. Составьте формулы оксидов натрия и алюминия, если валентность кислорода II, натрия I, алюминия III. Нужно получить такие индексы, чтобы общее число связей каждого элемента уравновешивалось. Сначала запишем символы элементов, а затем применим правило перекрёстной перестановки валентностей.
Ответ: Na₂O и Al₂O₃. Проверка: в Na₂O две частицы натрия дают суммарную валентность II, а один атом кислорода имеет валентность II; в Al₂O₃ обе стороны дают суммарную валентность VI.
Задача 2. Назовите соединение Fe₂O₃ и укажите валентность железа. У кислорода валентность II, а индекс 3 показывает, что атомов кислорода три. Поэтому сначала найдём суммарную валентность кислорода, а затем разделим её между двумя атомами железа.
Ответ: Fe₂O₃ — оксид железа(III), валентность железа — III. Проверить результат можно обратным действием: два атома железа с валентностью III уравновешивают три атома кислорода с валентностью II.
Задача 3. Составьте уравнения реакций оксида кальция с водой и оксида углерода(IV) с гидроксидом натрия. Сначала определим типы веществ: CaO — основной оксид, а CO₂ — кислотный. Поэтому для первого выбираем реакцию с водой, а для второго — взаимодействие со щёлочью с образованием соли и воды.
Ответ: CaO + H₂O → Ca(OH)₂; CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. В каждой реакции число атомов каждого элемента до и после реакции одинаково.
Ошибка — считать оксидом любое вещество, в формуле которого есть кислород. Так можно решить по одному признаку и не проверить состав: например, в NaOH три элемента, поэтому это не оксид. Проверьте, что всего в формуле ровно два химических элемента, один из которых кислород. Если элементов больше двух, перед вами другой класс вещества.
При составлении формулы иногда записывают валентности как индексы без перекрёстной перестановки или забывают сократить результат. Ошибка возникает из-за механического переноса чисел без проверки соотношения атомов. После записи формулы умножьте каждый индекс на валентность соответствующего элемента: полученные величины должны уравновешиваться. Также проверьте, можно ли сократить оба индекса на одно число.
Если у элемента переменная валентность, нельзя опускать её из названия: оксид железа(II) и оксид железа(III) — разные вещества. Часто их путают, потому что в обоих названиях есть слово «железа». Определите валентность по формуле, учитывая валентность кислорода, и запишите её римской цифрой. Затем сопоставьте название с формулой, а не только с названием элемента.
Неверно считать, что каждый оксид реагирует с водой или что все основные оксиды растворимы в ней. Такое обобщение появляется, если свойства нескольких знакомых веществ принять за правило без исключений. Проверяйте реакцию для конкретного оксида: тип вещества помогает предположить поведение, но не гарантирует взаимодействие с водой. В уравнении также должны сохраняться атомы всех элементов.
Для изучения оксидов нужны умения различать простые и сложные вещества, читать формулы и определять валентность. Эти навыки позволяют распознавать состав оксида, составлять его формулу и проверять соотношение атомов. Если формула или валентность определены неверно, название и уравнение реакции тоже могут оказаться неправильными.
Оксиды связаны с основаниями, кислотами и солями: по соответствующему основанию или кислоте часто определяют тип оксида, а в реакциях получают соли. Эта тема пригодится при составлении уравнений между классами неорганических веществ. Зная тип оксида, можно выбрать вероятного партнёра по реакции и затем проверить, правильно ли записаны продукты и коэффициенты.
Как понять, что вещество является оксидом?
Проверьте, состоит ли формула ровно из двух химических элементов и есть ли среди них кислород. Например, CO₂ — оксид, а NaOH не оксид: в его составе три элемента.
Как составить формулу оксида по валентности элемента?
Запишите символы элементов и их валентности, затем перенесите значения валентностей крест-накрест в индексы. Если индексы можно сократить на одно и то же число, сократите их. Например, для алюминия и кислорода получается Al₂O₃.
Почему в названии некоторых оксидов указывают римскую цифру?
Некоторые элементы проявляют разную валентность в соединениях, поэтому одной части названия недостаточно, чтобы различить оксиды. Римская цифра показывает валентность элемента: Fe₂O₃ — оксид железа(III), а FeO — оксид железа(II).
Чем основные оксиды отличаются от кислотных?
Основным оксидам соответствуют основания, а кислотным — кислоты. Обычно основные оксиды реагируют с кислотами, а кислотные — со щелочами; в обоих случаях могут образоваться соль и вода.
Почему амфотерный оксид называют амфотерным?
Он проявляет свойства обоих типов: реагирует и с кислотами, и со щелочами. К таким оксидам относятся, например, Al₂O₃ и ZnO.
§ 40. Оксиды
