Оксиды

Запросы «Оксид» и «Окись» перенаправляются сюда; см. также другие значения терминов Оксид и Окись.

Окси́д (синонимы: о́кисел, о́кись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF₂.

Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами также является класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом (см. Окислы).

Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называют пероксидами или перекисями (содержат цепочку −O−O−), супероксидами (или надпероксидами, содержат группу О−
2) и озонидами (содержат группу О−
3). Они, строго говоря, не относятся к категории оксидов.

Также в отдельный небольшой класс обычно выносят субоксиды — бинарные соединения с кислородом, в которых металлы или неметаллы имеют необычно низкую (и/или дробную) степень окисления.

Оксид хрома(III)

Свинцовый сурик (оксид свинца Pb₃O₄)

Оксид железа(III), ржавчина

Классификация

В зависимости от химических свойств различают:

• Солеобразующие оксиды:
  • основные оксиды (например, оксид натрия Na₂O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
  • кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO₃, оксид азота(IV) NO₂): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
  • амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al₂О₃): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);
• Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N₂O, оксид азота(II) NO, вода (оксид водорода) H₂O, оксид кремния(II) SiO, оксид серы(II) SO.

Существуют сложные оксиды, включающие в молекулу атомы двух и более элементов, кроме кислорода — например, оксид лития-кобальта(III) Li₂O·Co₂O₃, и двойные оксиды, в которые атомы одного и того же элемента входят в двух или более степенях окисления — например, оксид марганца(II,IV) Mn₅O₈ или закись-окись урана U₃O₈. Во многих случаях такие оксиды могут рассматриваться как соли кислородсодержащих кислот. Так, оксид лития-кобальта(III) можно рассматривать как кобальтит лития Li₂Co₂O₄, а оксид марганца(II,IV) — как ортоманганит марганца Mn₃(MnO₄)₂.

Номенклатура

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК, оксиды называют словом «оксид», после которого следует наименование химического элемента в родительном падеже, например: Na₂O — оксид натрия, Al₂O₃ — оксид алюминия. Если элемент имеет переменную степень окисления, то в названии оксида указывается его степень окисления римской цифрой в скобках сразу после названия (без пробела). Например, Cu₂О — оксид меди(I), CuO — оксид меди(II), FeO — оксид железа(II), Fe₂О₃ — оксид железа(III), Cl₂O₇ — оксид хлора(VII).

Часто используют и другие наименования оксидов по числу атомов кислорода: если оксид содержит только один атом кислорода, то его называют монооксидом, или одноокисью, если два — диоксидом, или двуокисью, если три — то триоксидом, или триокисью и т. д. Например: монооксид углерода CO, диоксид углерода СО₂, триоксид серы SO₃.

Также распространены исторически сложившиеся (тривиальные) названия оксидов, например угарный газ CO, серный ангидрид SO₃ и т. д.

В начале XIX века и ранее тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды химики называли «землями».

Традиционная номенклатура

Оксиды с низшими или промежуточными степенями окисления иногда называют закись (обычно для степени окисления +1, когда устойчива более высокая) и недокись (например, оксид углерода(II), CO — закись углерода; диоксид триуглерода, C₃O₂ — недокись углерода^[1]; оксид азота(I), N₂O — закись азота; оксид меди(I), Cu₂O — закись меди).

Оксиды с высшими степенями окисления (например, оксид железа(III), Fe₂O₃) называют в соответствии с этой номенклатурой окись, а двойные^[2] оксиды — закись-окись (Fe₃O₄ = FeO·Fe₂O₃ — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U₃O₈ — закись-окись урана).

Если какой-нибудь металл даёт один основной окисел, то последний называют окисью, например окись кальция, окись магния и пр.; если их существует два, то окисел с меньшим содержанием кислорода называется закисью, например закись железа FeO и окись Fe₂O₃. Окись с меньшим содержанием кислорода, чем в закиси, называется недокисью

— Вуколов С. П., Менделеев Д. И. Окислы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Эта номенклатура, однако, не отличается последовательностью, поэтому такие названия следует рассматривать скорее как традиционные.

Свойства

При нормальных условиях оксиды могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

• При взаимодействии кислотного оксида с основным образуется соль.
• Оксиды взаимодействуют с водой, если образуется растворимая кислота или растворимое основание.
• Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, а кислотные с основаниями.

Основные оксиды

1. Основный оксид + сильная кислота → соль + вода:

${\displaystyle {\ce {CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}}}$.

2. Сильноосновный оксид + вода → гидроксид:

${\displaystyle {\ce {CaO + H2O -> Ca(OH)2}}}$.

3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль:

${\displaystyle {\ce {CaO + Mn2O7 -> Ca(MnO4)2}}}$.

4. Основный оксид + водород → металл + вода:

${\displaystyle {\ce {CuO + H2 -> Cu + H2O}}}$.

Примечание: восстановление водородом возможно для металлов менее активных, чем алюминий.

Кислотные оксиды

1. Кислотный оксид + вода → кислота:

${\displaystyle {\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}}$.

Некоторые оксиды, например SiO₂, с водой не вступают в реакцию, поэтому их кислоты получают косвенным путём.

2. Кислотный оксид + основный оксид → соль:

${\displaystyle {\ce {CO2 + CaO -> CaCO3}}}$.

3. Кислотный оксид + основание → соль + вода:

${\displaystyle {\ce {SO2 + 2 NaOH -> Na2SO3 + H2O}}}$.

Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:

${\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {CaCO3 + H2O + CO2 -> Ca(HCO3)2}}}$.

4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид

${\displaystyle {\ce {SiO2 + Na2CO3 -> Na2SiO3 + CO2}}}$.

5. Ангидрид кислоты 1 + безводная кислородосодержащая кислота 2 → Ангидрид кислоты 2 + безводная кислородосодержащая кислота 1:

${\displaystyle {\ce {P2O5 + 2 HClO4 -> 2 HPO3 + Cl2O7}}}$.

Амфотерные оксиды

При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:

${\displaystyle {\ce {ZnO + 2 HCl -> ZnCl2 + H2O}}}$.

При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:

${\displaystyle {\ce {ZnO + 2 KOH + H2O -> K2[Zn(OH)4]}}}$ (в водном растворе),

${\displaystyle {\ce {ZnO + 2 KOH -> K2ZnO2 + H2O ^}}}$ (при сплавлении).

Получение

1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:

${\displaystyle {\ce {2 H2 + O2 -> 2 H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {2 Cu + O2 -> 2 CuO}}}$.

Сюда же относят горение в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария, при котором образуются пероксиды и надпероксиды:

${\displaystyle {\ce {2 Na + O2 -> Na2O2,}}}$

${\displaystyle {\ce {K + O2 -> KO2}}}$.

2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:

${\displaystyle {\ce {4 FeS2 + 11 O2 -> 2 Fe2O3 + 8 SO2,}}}$

${\displaystyle {\ce {CS2 + 3 O2 -> CO2 + 2 SO2,}}}$

${\displaystyle {\ce {2 PH3 + 4 O2 -> P2O5 + 3 H2O}}}$.

3. Термическое разложение солей:

${\displaystyle {\ce {CaCO3 -> CaO + CO2,}}}$

${\displaystyle {\ce {2 FeSO4 -> Fe2O3 + SO2 + SO3}}}$.

4. Термическое разложение оснований или кислот:

${\displaystyle {\ce {2 Al(OH)3 -> Al2O3 + 3 H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {4 HNO3 -> 4 NO2 + O2 + 2 H2O}}}$.

5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие:

${\displaystyle {\ce {4 FeO + O2 -> 2 Fe2O3}}}$.

6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:

${\displaystyle {\ce {Zn + H2O -> ZnO + H2}}}$.

7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при сжигании кокса с выделением летучего оксида:

${\displaystyle {\ce {Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C -> 3 CaSiO3 + 2 P + 5 CO}}}$.

8. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями:

${\displaystyle {\ce {Zn + 4 HNO3 -> Zn(NO3)2 + 2 NO2 ^ + 2 H2O}}}$.

9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:

${\displaystyle {\ce {2 KClO4 + H2SO4 -> K2SO4 + Cl2O7 + H2O}}}$.

10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:

${\displaystyle {\ce {NaHCO3 + HCl -> NaCl + H2O + CO2 ^}}}$.

Примечания

1. Дашкевич Л. Б., Бейлин В. Г. Недокись углерода в органическом синтезе / Успехи химии. — 1967. — Том 36. — № 6. — C. 947—964.
2. то есть смешанные оксиды, в состав которых входят атомы одного элемента в различных степенях окисления

Ссылки

• Таблица классификации оксидов
• Видеоурок про оксиды Архивная копия от 21 мая 2012 на Wayback Machine