Оксиды: классификация, номенклатура, свойства оксидов, получение, применение

Сегодня мы начинаем знакомство с важнейшими классами неорганических соединений. Неорганические вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые и сложные.

I. Признаки классификации веществ

В истории развития химической науки существовали разные классификации веществ. Одним из первых признаков классификации веществ был источник их получения. По этому признаку вещества делили на растительные (полученные из растений), животные (полученные из животных) и минеральные (полученные из минералов).

Й.Я. Берцелиус объединил вещества, выделенные из растений и животных, в группу органических, а другую группу стали называть неорганическими веществами. Существует еще не одна классификация веществ: по агрегатному состоянию, по цвету, запаху и многим другим признакам.

Для нас же важно систематизировать вещества в соответствии с характерными для них химическими свойствами, которые определяются их составом. На этом основана современная классификация неорганических веществ.

Одной из первых была классификация веществ на простые и сложные по способности их к разложению. Если вещество удавалось разложить, его относили к сложным, если вещество не удавалось разложить ни при каких условиях – то к простым.

В дальнейшем установили, что способность к разложению связана с составом вещества. Простые вещества состоят из одного химического элемента, а сложные – из нескольких.

Современная классификация неорганических веществ

Простые вещества, как правило, подразделяют на два класса: металлы и неметаллы. Для металлов характерны такие физические свойства, как металлический блеск, высокая тепло- и электропроводность, пластичность. Свойства же неметаллов довольно разнообразны, но, как правило, они хрупкие и плохие проводники электричества.

Классификация простых веществ

Рис. 1. Классификация простых веществ

Классификация сложных веществ более сложная. Обычно выделяют четыре класса сложных веществ в зависимости от их состава и свойств: оксиды, основания, кислоты и соли.

II. Посмотрите видео презентацию

III. Классификация неорганических веществ

ОКСИД

КИСЛОТА

ОСНОВАНИЕ

СОЛЬ

Э_хО_у

Н_nA

А – кислотный остаток

Ме(ОН)_b

ОН – гидроксильная группа

Me_nA_b

Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы начинаем с класса оксидов.

Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентность равной 2.

Лишь один химический элемент - фтор, соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF₂.
Называются они просто - "оксид + название элемента" (см. таблицу). Если валентность химического элемента переменная, то указывается римской цифрой, заключённой в круглые скобки, после названия химического элемента.

Формула	Название	Формула	Название
CO	оксид углерода ( II )	Fe₂O₃	оксид железа (III )
NO	оксид азота ( II )	CrO₃	оксид хрома (VI )
Al₂O₃	оксид алюминия	ZnO	оксид цинка
N₂O₅	оксид азота (V )	Mn₂O₇	оксид марганца (VII )

IV. Классификация оксидов

Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.

Оксиды металлов Ме_хО_у

Оксиды неметалловнеМе_хО_у

Основные

Кислотные

Амфотерные

Кислотные

Безразличные

I, II

Ме

V-VII

ZnO,BeO,Al₂O₃,

Fe₂O₃, Cr₂O₃

> II

неМе

I, II

неМе

CO, NO, N₂O

1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксиды металлов 1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II (кроме ZnO - оксид цинка и BeO – оксид берилия):

2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым соответствуют кислоты. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с валентностью от V до VII (Например, CrO₃-оксид хрома (VI), Mn ₂O₇ - оксид марганца (VII)):

3). Амфотерные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания и кислоты. К ним относятся оксиды металлов главных и побочных подгрупп с валентностью III, иногда IV, а также цинк и бериллий (Например, BeO, ZnO, Al₂O₃, Cr₂O₃).

4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N₂O, NO, CO).

Вывод: характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.

Например, оксиды хрома:

CrO (II - основный);

Cr ₂O₃(III - амфотерный);

CrO₃(VII - кислотный)

Классификация оксидов (по растворимости в воде)

Кислотные оксиды

Основные оксиды

Амфотерные оксиды

Растворимы в воде.

Исключение –SiO₂

(не растворим в воде)

В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов

(это металлы

I «А» и II «А» групп,

исключение Be ,Mg)

С водой не взаимодействуют.

В воде не растворимы

Это интересно

Оксид циркония в медицине

Оксид циркония ZrО₂ — исключительно интересный «биологический» материал. Его уже много лет применяют в качестве материала для протезирования тазобедренного сустава, а в последние годы — для создания зубных протезов. Биологическая переносимость этого оксида доказана, а такие свойства, как высокая прочность и высокая вязкость при изломе, делают его востребованным в тех областях, где необходима высокая стабильность в течение долгого времени при больших нагрузках.

Задания:

1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.

NaOH, AlCl₃, K₂O, H₂SO₄, SO₃, P₂O₅, HNO₃, CaO, CO.

2. Даны вещества: CaO, NaOH, CO₂, H₂SO₃, CaCl₂, FeCl₃, Zn(OH)₂, N₂O₅, Al₂O₃, Ca(OH)₂, CO₂, N₂O, FeO,SO₃, Na₂SO₄, ZnO, CaCO₃, Mn₂O₇, CuO, KOH, CO, Fe(OH)₃

Выпишите оксиды и классифицируйте их.

V. Получение оксидов

Тренажёр: “Взаимодействие кислорода с простыми веществами”

1. Горение веществ (окисление кислородом):

а) простых веществ: 2Mg +O₂=2MgO

б) сложных веществ: 2H₂S+3O₂=2H₂O+2SO₂

2.Разложение сложных веществ (используйте таблицу кислот, см. приложения):

а) солей: СОЛЬ^t= ОСНОВНЫЙ ОКСИД+КИСЛОТНЫЙ ОКСИД СaCO₃= CaO+CO₂

б) Нерастворимых оснований: Ме(ОН)_n^t= Me_xO_y+ H₂O

Cu(OH)₂^t= CuO+H₂O

в) кислородсодержащих кислот: Н_nA = КИСЛОТНЫЙ ОКСИД + H₂O

H₂SO₃= H₂O+SO₂

VI. Физические свойства оксидов

При комнатной температуре большинство оксидов - твердые вещества (СаО, Fe₂O₃ и др.), некоторые - жидкости (Н₂О, Сl₂О₇ и др.) и газы (NO, SO₂ и др.).

VII. Химические свойства оксидов

1. Химические свойства основных оксидов

1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)

CaO + SO₂ = CaSO₃

2. Основной оксид + Кислота = Соль + Н₂О (р. обмена)

Опыт: “Взаимодействие основных оксидов с кислотами”

3K₂O + 2H₃PO₄ = 2K₃PO₄ + 3H₂O

3. Основной оксид + Вода = Щёлочь (р. соединения)

Опыт: “Взаимодействие основного оксида со щелочью”

Na₂O + H₂O = 2NaOH

2. Химические свойства кислотных оксидов

1. Кислотный оксид + Вода = Кислота (р. соединения)

Опыт: “Взаимодействие кислотного оксида с водой”

СO₂+ H₂O = H₂CO₃, SiO₂ – не реагирует

2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н₂О (р. обмена)

P₂O₅ + 6KOH = 2K₃PO₄ + 3H₂O

3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения)

CaO + SO₂ = CaSO₃

4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ +CO₂

3. Химические свойства амфотерных оксидов

Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами.

ZnO + 2 HCl = ZnCl₂ + H₂O

ZnO + 2 NaOH + H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] ( в растворе)

ZnO + 2 NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O (при сплавлении)

VIII. Применение оксидов

Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H₂SO₄ – серная кислота, Са(ОН)₂ – гашеная известь и т.д.

Если оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство. Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и подсушивающий порошок для наружного применения.

Такими же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO₂. Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO₂ не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической посуды.

Оксид хрома (III) – Cr₂O₃ – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr₂O₃ используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования “Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки оптики, металлических изделий, в ювелирном деле.

Благодаря нерастворимости и прочности оксида хрома (III) его используют и в полиграфических красках (например, для окраски денежных купюр). Вообще, оксиды многих металлов применяются в качестве пигментов для самых разнообразных красок, хотя это – далеко не единственное их применение.

IX. Задания для закрепления

1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.

NaOH, AlCl₃, K₂O, H₂SO₄, SO₃, P₂O₅, HNO₃, CaO, CO.

2. Даны вещества: CaO, NaOH, CO₂, H₂SO₃, CaCl₂, FeCl₃, Zn(OH)₂, N₂O₅, Al₂O₃, Ca(OH)₂, CO₂, N₂O, FeO, SO₃, Na₂SO₄, ZnO, CaCO₃, Mn₂O₇, CuO, KOH, CO, Fe(OH)₃