Зі сполуками, які називають оксидами, ви докладно ознайоми лись у 8 класі. Оксиди є бінарними сполуками Оксигену, в яких цей елемент виявляє ступінь окиснення –2.
Загальна формула оксидів — ЕnOm. Майже всі неметалічні елементи утворюють оксиди. Винятками є Флуор та інертні елементи — Гелій, Неон, Аргон. Для багатьох неметалічних елементів існує по кілька оксидів, а для Бору й Гідрогену — по одному. Найбільше оксидів утворює Нітроген — N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5.
Оксиди CO2, SiO2, P2O5, SO3, Cl2O7 називають вищими. У такому оксиді ступінь окиснення елемента збігається з номером групи, в якій він розміщений. Загальні формули вищих оксидів для елементів кожної групи подано в окремому рядку короткого варіанта періодичної системи (форзац І). Для оксидів використовують переважно хімічні назви. Якщо елемент утворює кілька оксидів, то після назви елемента в дужках указують римською цифрою ступінь його окиснення без знака «плюс»: сульфур(IV) оксид, карбон(ІІ) оксид, нітроген(ІІІ) оксид, хлор(І) оксид.
Деякі оксиди мають ще й тривіальні назви. Серед них — сполуки з формулами CO (чадний газ), CO2 (вуглекислий газ), SO2 (сірчис тий газ).
Майже всі оксиди немета лічних елементів складаються з молекул. У них ковалентні зв’язки між ато мами є полярними, а самі молекули можуть бути полярними і неполярними. Силіцій(IV) оксид має атомну будову .
Оксиди неметалічних елементів за звичайних умов перебувають у різних агрегатних станах. Так, сполуки SO2, NO2, NO, CO2, CO є газами (перші два мають характерні запахи), N2O4 — рідина, а оксиди P2O5, SiO2 — тверді речовини. Сполуки SO2, SO3, NO2, CO2, P2O5 і багато інших оксидів неметалічних елементів розчиняються у воді, взаємодіючи з нею й перетворюючись на кислоти.
Переважна більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Оксиди Н2О, CO, N2O і NO є несолетворними. Вони не реагують із лугами і кислотами з утворенням солей. Реакції з водою. Ви знаєте, що кислотні оксиди взаємодіють з водою з утворенням кислот: SO2 + H2O = H2SO3.
Нітроген(ІV) оксид NO2 вирізняється тим, що не має «власної» кислоти. Продуктами його реакції з водою є дві кислоти — нітратна і нітритна: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2.
Кислотні властивості вищих оксидів неме талічних елементів у кожному періоді посилюються зліва направо. Наприклад, оксид SiO2 не взаємодіє з водою, а P2O5 активно вступає в аналогічну реакцію. Існує ще одна закономірність: чим вище значення валентності неметалічного елемента в оксиді, тим більшою мірою виражені кислотні властивості цієї сполуки. Так, за звичайних умов реакція оксиду SO2 з водою є оборотною, а оксид SO3 взаємодіє з нею повністю. Реакції з оснóвними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами. Вам відомо, що при взаємодії кислотних оксидів зі сполуками оснóвної або амфотерної природи утворюються солі.
Приклади таких реакцій: MgO + SiO2 = MgSiO3;
Al2O3 + P2O5 = 2AlPO4;
Ba(OH)2 + SO2 = BaSO3 + H2O.
Нітроген(IV) оксид, реагуючи з лугом, утво рює солі нітратної та нітритної кислот: 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O. Добування. Багато оксидів неметалічних елементів можна добути, здійснивши реак цію між неметалом і киснем. Ці перетворення, як правило, супроводжуються виділенням теплоти, а нерідко й горінням. Не взаємо діють із киснем галогени та інертні гази. Відповідні оксиди добувають за допомогою інших реакцій.
Якщо для елемента існує кілька оксидів, то передбачити, який із них утвориться в резуль таті реакції неметалу з киснем, не завжди вда ється. Продуктом горіння вуглецю на повітрі є вуглекислий газ СО2 (іноді — з домішкою чад ного газу СО), а сірки — сірчистий газ SO2 (із домішкою оксиду SO3). Взаємодія азоту і кисню, яка відбувається за дуже високої тем ператури, призводить до утворення нітро ген(ІІ) оксиду NO, хоча існують інші оксиди Нітрогену.
Деякі оксиди неметалічних елементів набули практичного застосування. Вуглекислий газ використовують у засобах для гасіння пожеж. Він не підтримує горіння і, будучи важчим за повітря, ізолює від нього предмет або речовину, що горить. Сучасні вогнегасники (мал. 50) містять зріджений карбон(IV) оксид, а в старих вуглекислий газ утворювався під час реакції соди із сульфат ною кислотою. Додавання цього газу в повітря теплиць прискорює ріст і достигання ранніх овочів. Вуглекислий газ також використову ють для приготування газованих напоїв.
Пісок, який складається переважно із силі цій(IV) оксиду, застосовують у будівництві, виробництві скла, бетону. Карбон(ІІ) оксид входить до складу горючих газових сумішей і слугує вихідною речовиною для синтезу метанолу СН3ОН. Із фосфор(V) оксиду виробляють ортофосфатну кислоту Н3РО4. 117 Оксиди неметалічних елементів і довкілля. Особливе значення серед оксидів для навко лишнього середовища має вода. Ця речовина бере участь у геологічних процесах, змінює рельєф планети, впливає на клімат і погоду. Усі процеси в живих організмах відбуваються у водних розчинах. Роль карбон(IV) оксиду, або вуглекислого газу, не менш важлива. Сполука разом із водою бере участь у фотосинтезі, регулює тепловий баланс на Землі.
Парниковий ефект. Нагріта Сонцем поверхня нашої планети віддає в космічний простір частину отриманої теплової енергії у вигляді інфрачервоних променів. Вугле кислий газ здатний поглинати ці промені і, незважаючи на малий вміст в атмосфері (ϕ(СО2) ≈ 0,04 %), затримує частину теплоти на Землі . Таке явище називають парниковим ефектом. Нині рослини не всти гають поглинати у процесі фотосинтезу вугле кислий газ, який виділяють промислові й теплоенергетичні підприємства, автотранс порт. Учені вважають, що потепління на пла неті призведе до танення значної кількості льоду в Арктиці й Антарктиді внаслідок чого підвищиться рівень Світового океану, буде затоплено багато територій. Щоб запобігти цьому, потрібно обмежити надходження вуглекислого газу в атмосферу, поступово замінюючи теплову енергетику на альтернативну, зменшувати споживання палива і пального, а також збільшувати площі зелених насаджень.
Негативний вплив на довкілля створюють домішки в повітрі оксидів NO2 і SO2. Вони містяться в газових викидах металургійних, теплоенергетичних підприємств, автотранс порту. Ці оксиди беруть участь в утворенні смогу над великими містами і промисло вими центрами. Внаслідок їх взаємодії з атмо сферною вологою трапляються кислотні опади.
Майже всі неметалічні елементи утворюють оксиди. Більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Вони взаємоді# ють з водою з утворенням кислот, а також з оснóвними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами. Оксиди Н2О, CO, N2O і NO є несолетворними. Вода і вуглекислий газ беруть участь у геоло# гічних і біохімічних процесах, а оксиди Нітроге# ну і Сульфуру спричиняють кислотні опади. Деякі оксиди неметалічних елементів широко використовують на практиці.
Напишіть по одній формулі оксидів неметалічних елементів різного складу.
За матеріалами з інтернету або іншими джерелами інформації підготуйте невелике повідомлення про вплив оксидів Нітрогену на організм людини.
* (Завдання високої складності)
Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:
а) SO2 + O2 →
б) CO2 + MgO →
в) SO3 + H2O →
г) P2O5 + LiOH →