"Химия", Журин А.А.
Оксиды — бинарные соединения кислорода с другим элементом; к ним относятся, например, ржавые минералы, углекислый газ и вода. По химическим свойствам их делят на основные, кислотные, амфотерные и несолеобразующие. Такая классификация помогает предсказывать реакции с водой, кислотами и основаниями, составлять уравнения и выполнять цепочки превращений. Чтобы определить тип оксида, учитывают состав вещества и поведение в реакциях.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксиды — сложные вещества из двух химических элементов, один из которых кислород со степенью окисления −2. Такие соединения называют бинарными: в их составе ровно два разных элемента. Поэтому, например, CO₂ — оксид, а CaCO₃ не оксид: в карбонате три элемента. Определение помогает сначала проверить состав, а уже затем рассуждать о свойствах вещества.
Основные оксиды — оксиды металлов, которым соответствуют основания, то есть гидроксиды металлов. Они реагируют с кислотами с образованием соли и воды: например, MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O. Это свойство позволяет распознать основной характер вещества. Но не каждый оксид металла является основным: бывают также амфотерные и несолеобразующие оксиды.
Кислотные оксиды — оксиды неметаллов и некоторых металлов, которым соответствуют кислоты. Их кислотный характер проявляется в реакции с основаниями, в результате которой обычно образуются соль и вода: SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O. Понятие помогает предсказать, с какими веществами оксид может вступать в реакцию. Некоторые кислотные оксиды при взаимодействии с водой образуют соответствующие кислоты.
Амфотерные оксиды — оксиды, проявляющие основные и кислотные свойства в зависимости от реагента. С кислотой такой оксид ведёт себя как оснóвный, а со щёлочью — как кислотный; примеры — ZnO и Al₂O₃. Слово «амфотерный» означает, что вещество проявляет свойства обоих типов. Это определение не позволяет ошибочно относить все оксиды металлов к основным.
Чтобы определить, является ли вещество оксидом, пересчитайте разные химические элементы в формуле: их должно быть два, и один из них — кислород. Затем проверьте степени окисления: в обычном оксиде у кислорода −2, а сумма степеней окисления всех атомов с учётом их количества равна нулю. Например, в SO₃ три атома кислорода дают суммарно −6, значит, у серы степень окисления +6. Если элемент один или соединение содержит больше двух элементов, перед вами не оксид.
Формулу составляют так, чтобы суммарный заряд соединения был нулевым. Для алюминия со степенью окисления +3 и кислорода −2 наименьшее общее число по модулю — 6: нужны два атома алюминия и три атома кислорода, поэтому получается Al₂O₃. Индексы показывают число атомов, а не заряд; если индекс равен единице, его не пишут. При записи индексы сокращают, если это возможно.
В названии сначала говорят «оксид», затем называют второй элемент. Если он может иметь разные степени окисления, её указывают римской цифрой в скобках: FeO — оксид железа(II), Fe₂O₃ — оксид железа(III). Степень окисления находят по формуле, учитывая, что кислород обычно имеет −2. У элементов с постоянной степенью окисления такое уточнение обычно не требуется.
Оксиды делят на типы не только по элементу в составе, но и по химическому поведению, потому что именно реакции показывают характер вещества. Основные оксиды нейтрализуют кислоты, кислотные — основания, амфотерные способны взаимодействовать с обоими типами реагентов. Несолеобразующие оксиды, например CO, NO и N₂O, обычно не образуют солей при таких взаимодействиях. Классификация нужна, чтобы не приписывать оксиду реакцию, которой в действительности нет.
С водой некоторые основные оксиды образуют основания, а некоторые кислотные — кислоты; однако это не универсальное свойство. Оксид также может реагировать с другим оксидом: основной с кислотным образует соль, например CaO + CO₂ → CaCO₃. Многие реакции протекают лишь при подходящих условиях, поэтому их нельзя выводить из одного названия типа. В Периодической системе с усилением металлических свойств чаще встречаются основные оксиды, а с усилением неметаллических — кислотные; амфотерные свойства часто характерны для промежуточных случаев.
| Признак | Основные оксиды | Кислотные оксиды | Амфотерные оксиды | Несолеобразующие оксиды |
|---|---|---|---|---|
| Типичные элементы-образователи | Металлы | Неметаллы и некоторые металлы | Некоторые металлы | Некоторые неметаллы |
| Примеры веществ | Na₂O, MgO, CaO | CO₂, SO₃, P₂O₅ | ZnO, Al₂O₃ | CO, NO, N₂O |
| Соответствующий гидроксид | Основание | Кислота | Амфотерный гидроксид | Обычно не соответствует |
| Взаимодействие с кислотами | Обычно реагируют | Обычно не реагируют | Реагируют | Обычно не реагируют |
| Взаимодействие с основаниями | Обычно не реагируют | Обычно реагируют | Реагируют | Обычно не реагируют |
| Взаимодействие с водой | Некоторые образуют основания | Некоторые образуют кислоты | Обычно не реагируют | Обычно не реагируют |
| Типичные продукты реакций | Соль и вода; иногда основание | Соль и вода; иногда кислота | Соль и вода | Обычно реакции не идут |
Сначала определите тип оксида по предполагаемым свойствам, а затем проверьте его реакцией с подходящим веществом. Слова «обычно» и «некоторые» напоминают, что правило не охватывает каждый оксид и каждое условие. Если предполагается реакция с водой, проверьте отдельно, известна ли она для данного вещества.
В каждом случае кислород имеет степень окисления −2, а формулу подбираем так, чтобы сумма степеней окисления была нулевой. Степени окисления алюминия и кальция равны соответственно +3 и +2, а в условии для серы дана +6. После подбора индексов называем оксид; римскую цифру указываем там, где она нужна для уточнения степени окисления.
Ответ: Al₂O₃ — оксид алюминия; CaO — оксид кальция; SO₃ — оксид серы(VI). Проверка суммы степеней окисления помогает убедиться, что индексы подобраны правильно. Индекс 1 в формулах не пишут.
Сначала используем состав как подсказку: Mg — активный металл, а S, C и P — неметаллы. Затем учитываем известное поведение оксидов, потому что по одному элементу нельзя безошибочно определить тип. Для подтверждения подбираем характерную реакцию, если она возможна.
Ответ: MgO — основной; SO₃ и P₂O₅ — кислотные; ZnO — амфотерный; CO — несолеобразующий оксид. Для проверки классификации важно не только назвать тип, но и соотнести его с химическим свойством. Формальные реакции без подходящих реагентов записывать не следует.
В цепочке нужно получить каждое следующее вещество из предыдущего. Карбонат кальция при нагревании разлагается на оксид кальция и углекислый газ, а основный оксид с водой даёт гидроксид. Чтобы превратить гидроксид в хлорид, добавляем соляную кислоту и проверяем, что образуются соль и вода.
Ответ: CaCO₃ → CaO + CO₂; CaO + H₂O → Ca(OH)₂; Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O. Каждое уравнение показывает конкретный способ перехода, а не только связь веществ в цепочке. После записи проверьте сохранение числа атомов и правильность продуктов.
Ошибка — считать оксидом любое соединение с кислородом. Так делают, потому что кислород действительно входит в состав многих веществ, однако карбонаты и гидроксиды содержат ещё несколько элементов и к оксидам не относятся. Проверьте формулу: в оксиде должно быть ровно два разных элемента, один из которых — кислород. Если элементов три или больше, это не оксид.
Индекс в формуле показывает число атомов, а не заряд иона, поэтому нельзя переносить его как заряд в другой формуле. Путаница возникает из-за того, что при составлении формулы учитывают степени окисления и подбирают индексы по их значениям. Например, для Al(+3) и O(−2) формула — Al₂O₃, а не AlO или Al₃O₂. Проверьте, что сумма степеней окисления с учётом индексов равна нулю.
Нельзя относить все оксиды металлов к основным: ZnO и Al₂O₃ амфотерны, а некоторые оксиды не образуют солей. Такое обобщение соблазнительно, потому что многие привычные оксиды металлов действительно основные. Проверяйте свойства конкретного вещества и, если нужно, его реакции с кислотой и основанием. Если оксид взаимодействует с обоими типами реагентов, он амфотерный.
Не следует записывать реакцию оксида с водой, кислотой или основанием без проверки её возможности. Тип вещества даёт полезную подсказку, но не гарантирует, что реакция произойдёт именно с выбранным реагентом. Убедитесь, что для данного оксида известны продукты и условия, а затем проверьте уравнивание атомов. Если при реакции с водой продукт не образуется, уравнение писать нельзя.
Для работы с оксидами нужны символы элементов, валентность, степени окисления, составление формул бинарных соединений и расстановка коэффициентов. Если эти навыки не освоены, будет трудно правильно определить индексы и уравнять реакции. Сами оксиды помогают изучать основания, кислоты, соли и генетические ряды — последовательности превращений веществ разных классов. Классификация также пригодится при прогнозировании химических свойств неорганических веществ и решении цепочек превращений.
Почему соединение кислорода с фтором не относят к оксидам?
Во фторидах кислород связан с фтором, который электроотрицательнее кислорода, поэтому кислород имеет положительную, а не обычную для оксидов степень окисления −2. Такие вещества относят к фторидам кислорода, а не к оксидам.
Как быстро определить, основным или кислотным является оксид?
Сначала посмотрите, какой элемент входит в состав: оксиды активных металлов чаще основные, а оксиды неметаллов чаще кислотные. Это только подсказка: свойства подтверждают по реакциям, а некоторые оксиды металлов амфотерны.
Почему некоторые оксиды металлов оказываются амфотерными?
У некоторых металлов свойства соединений занимают промежуточное положение между типичными металлическими и неметаллическими. Поэтому их оксиды способны реагировать и с кислотами, и с основаниями, образуя соли.
Всегда ли оксид реагирует с водой?
Нет. С водой реагируют, например, некоторые основные и кислотные оксиды, образуя гидроксиды или кислоты. Многие оксиды с водой не взаимодействуют, поэтому реакцию нельзя записывать только по формальному правилу.
Как правильно назвать оксид, если элемент имеет несколько степеней окисления?
После слова оксид указывают название элемента и его степень окисления римской цифрой в скобках. Например, FeO — оксид железа(II), а Fe₂O₃ — оксид железа(III).
§ 17. Оксиды
