§ 20. Оксиды. Составление формул оксидов

Определения и обозначения

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород. Например, Na₂O и Al₂O₃ являются оксидами. Это определение помогает отличать оксиды от веществ, в которых элементов больше двух или кислород отсутствует.

Бинарное соединение — вещество, образованное атомами двух химических элементов. Оксиды относят к бинарным соединениям, потому что в их составе есть только элемент и кислород. Число атомов каждого элемента может быть разным, но самих элементов всегда два.

Валентность — число химических связей, которые атом элемента образует с другими атомами. Её используют, чтобы установить, сколько атомов одного элемента соединится с атомами другого. В оксидах валентность кислорода обычно равна II, то есть один атом кислорода образует две связи.

Индекс — число в формуле, показывающее количество атомов данного элемента. Он записывается внизу справа от символа, например цифра 3 в Al₂O₃ показывает три атома кислорода. Если индекс не написан, его считают равным единице.

Как это устроено

Оксиды называют бинарными соединениями, потому что в формуле присутствуют только два разных символа элементов: символ элемента и O. Кислород обычно записывают вторым по принятому правилу составления формул оксидов. Поэтому сначала пишут Na, Al или S, а после них — O, даже если в названии сначала упоминается кислород.

В формулах оксидов валентность кислорода обычно принимают равной II, потому что атом кислорода образует две химические связи. Это позволяет сравнить его валентность с валентностью другого элемента и подобрать целое соотношение атомов. Например, один атом двухвалентного элемента соединяется с одним атомом кислорода, а одновалентных атомов нужно вдвое больше.

Валентности определяют соотношение атомов так, чтобы общее число валентных единиц у обоих элементов совпадало. Валентные единицы находят умножением валентности на число атомов. Для элемента с валентностью III и кислорода(II) нужны два атома первого элемента и три атома кислорода: 2 · III = 3 · II.

Для быстрого составления формулы применяют перекрёстную запись валентностей. Символы записывают рядом, валентности ставят над ними, а затем валентность первого элемента переносят индексом к O, валентность кислорода — индексом к первому элементу. Полученные индексы проверяют и сокращают, если они имеют общий делитель.

Составление формул оксидов по валентностям элементов

В таблице показано, какие индексы получаются для элемента Э с разной валентностью и кислорода с валентностью II. Сначала сравните валентности, затем посмотрите на соотношение атомов. Если индексы можно сократить, в формулу записывают уже наименьшее соотношение.

Разбор задач

Оксид натрия

Нужно составить формулу оксида натрия, если натрий одновалентен, а кислород двухвалентен. Сначала определяем, какие символы войдут в формулу: Na и O. Затем подбираем индексы так, чтобы валентные единицы натрия и кислорода сравнялись.

1. Записываем символы в нужном порядке: NaO.
2. Перекрёстно переносим валентности: II становится индексом у Na, а I — индексом у O.
3. Получаем Na₂O и проверяем: 2 · I = 1 · II.

Ответ: формула оксида натрия — Na₂O. Индекс 2 у натрия означает два атома Na на один атом кислорода. Индексы уже нельзя сократить.

Оксид алюминия

Требуется составить формулу оксида алюминия по валентностям Al(III) и O(II). Валентности различаются, поэтому одинаковые индексы 1 и 1 не подойдут. Нужно найти наименьшее соотношение атомов, при котором общее число валентных единиц станет одинаковым.

1. Записываем символы: AlO.
2. Переносим валентности крест-накрест: двойка становится индексом у Al, тройка — индексом у O.
3. Получаем Al₂O₃ и проверяем: 2 · III = 3 · II, то есть 6 = 6.

Ответ: формула оксида алюминия — Al₂O₃. Индексы 2 и 3 не имеют общего делителя, поэтому сокращать их нельзя. Запись AlO нарушила бы равенство валентных единиц.

Оксид серы(VI)

Нужно составить формулу оксида, в котором сера имеет валентность VI. Кислород в оксидах принимаем двухвалентным, поэтому сравниваем VI и II. Сначала перекрёстная запись даёт индексы, а затем проверяем, не получились ли они избыточными.

1. Записываем символы: SO.
2. Переносим валентности: у серы получается индекс 2, у кислорода — индекс 6, то есть S₂O₆.
3. Сокращаем оба индекса на 2: S₂O₆ → SO₃.
4. Проверяем сокращённую формулу: 1 · VI = 3 · II.

Ответ: формула оксида серы(VI) — SO₃. Запись S₂O₆ показывает то же соотношение, но не является наименьшим. Поэтому в окончательной формуле используют индексы 1 и 3, причём единицу у серы не пишут.

Типичные ошибки

Кислород записывают первым. Так бывает, когда ученик ориентируется на название или считает кислород главным элементом. Проверьте порядок символов: в формуле оксида сначала стоит другой элемент, затем O.

Валентности переносят не крест-накрест. Иногда обе цифры ставят рядом с теми же символами или меняют только одну из них. Выполняйте перенос одновременно и проверяйте произведения: валентность умножают на индекс.

Индексы не сокращают. Например, после перекрёстной записи можно получить S₂O₆ и оставить эту запись без изменения. Найдите общий делитель индексов и запишите наименьшее соотношение, поэтому S₂O₆ превращается в SO₃.

Формулу не проверяют. Ошибка может остаться незаметной, если смотреть только на внешний вид записи. Умножьте валентность каждого элемента на число его атомов: результаты должны быть равны.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны символы химических элементов, понятия валентности и индекса, а также правила записи химических формул. Оксиды входят в классификацию неорганических веществ и являются одним из основных классов сложных веществ. Дальше эти формулы понадобятся при изучении названий и свойств оксидов, оснований, кислот и уравнений реакций.

Что запомнить

• Оксид состоит из двух элементов, один из которых — кислород.
• В формуле оксида кислород обычно записывают вторым.
• Валентность кислорода в оксидах равна II.
• Индексы показывают соотношение атомов элементов в веществе.
• Индексы формулы можно определить по валентностям элементов.
• После составления формулы нужно проверить и при необходимости сократить индексы.