Оксиди. Фізичні і хімічні властивості оксидів.
Оксиди. Фізичні і хімічні властивості оксидів. Поширеність у природі та використання оксидів.
1. Фізичні властивості оксидів
Властивості оксидів, як і інших речовин, залежать від їхньої будови, тобто від того, з яких частинок вони складаються (атомів, молекул, йонів). У йонних оксидах протилежно заряджені йони сильно притягуються між собою, тому ці оксиди за звичайних умов є твердими, мають високу температуру плавлення, більшість нерозчинні у воді, інші з нею реагують. Між молекулами притягання дуже слабке, тому оксиди з молекулярною будовою характеризуються невисокими температурами плавлення і кипіння, різним агрегатним станом за звичайних умов, розчинністю у воді, деякі мають запах. Оксиди з атомною будовою є твердими, із високими температурами плавлення і кипіння, нерозчинні у воді. Йонні оксиди (СаО, Na2O), молекулярні (H2O, SO2, CO2), атомні (SiO2).
Оксиди можуть бути різного кольору. Наприклад: ZnO, MgO, СаО – білий; CuO – чорний; Cr2O3 – зелений; Fe2O3 – бурий, Al2O3 - червоний або синій (рубін і сапфір) і ін.
2. Використання та поширення оксидів.
Оксиди містяться в кожній із трьох оболонок нашої планети – в атмосфері, гідросфері, літосфері.
Найпоширенішим оксидом в атмосфері і гідросфері є вода, а в літосфері – силіцій (IV) оксид SiO2 (мінерал кварц, складова піску). У повітрі міститься невелика кількість вуглекислого газу. Найбільше оксидів трапляється в літосфері. Вони входять до складу гірських порід, ґрунтів, мінералів.
Велике значення в природі, промисловості та побуті має найважливіший природний оксид вода H2O. Вода використовується в усіх галузях господарської діяльності людини. Практично неможливо назвати жодний виробничий процес, у якому б не застовувалась вода.
Широко застосовуються також багато інших оксидів. Оксиди активно використовуються у виробництві будівельних матеріалів, скла, фарфору, фаянсу, магнітних матеріалів. Оксиди металів (Феруму, Ніколу, Алюмінію, Стануму та інших) є сировиною у виробництві металів. Оксиди неметалів (Сульфуру, Фосфору, Нітрогену) застосовуються у виробництві відповідних кислот. Деякі оксиди можуть бути використані як вогнеупори: силіцій (IV) оксид SiO2, магній оксид MgO, алюміній оксид Al2O3, як каталізатори: ванадій (V) оксид V2O5, алюміній оксид Al2O3, як адсорбенти: силікагель SiO2. Із руд, які містять оксиди Феруму Fe2O3 та Fe3O4, добувають чавун і сталь.
У повітрі поряд з киснем та азотом містяться суттєві кількості оксидів.
Силіцій діоксид – це безбарвні, не розчинні у воді кристали. Його ще називають кремнеземом завдяки тому, що він є основною складовою піску і багатьох різновидів ґрунтів. Пісок разом з багатьма іншими оксидами є цінними будівельними матеріалами. Силіцій діоксид є основою багатьох мінералів, зокрема кварцу, гірського кришталю, хризоліту, аметисту, сердоліку тощо. Кварц і кварцовий пісок є сировиною для виробництва скла.
Ферум(ІІІ) оксид – не розчинна у воді речовина рудого кольору. Він надає характерного кольору іржі, піску і деяким ґрунтам. На його основі виготовляють фарби: натуральну охру (жовтого кольору), червону охру та сієну (коричневого кольору). Також на основі цього оксиду виготовляють різні магнітні матеріали – феромагнітні покриття аудіо- та відеоплівок і пластин жорстких магнітних дисків (вінчестерів). Ферум(ІІІ) оксид утворює багато мінералів, зокрема гематит, лімоніт, магнетит тощо, з яких добувають залізо, а також використовують як виробний камінь.
Гідроген оксид – вода – завжди присутня у повітрі в газуватому стані, з’являється завдяки випаровуванню води з різноманітних водоймищ та після дощів. Вода в повітрі обумовлює вологість повітря, і коли її кількість велика для даної температури, газувата вода перетворюється на рідку і випадає у вигляді роси або дощу. Переважна частка нашої гідросфери – це рідка вода. Тобто також оксид. З інших оксидів в ній містяться невеликі кількості розчинених оксидів, що є в повітрі.
Алюміній оксид – безбарвні, не розчинні у воді кристали. Алюміній оксид складає основу багатьох мінералів, зокрема сапфіру, рубіну, хризоберилу. Колір цих мінералів обумовлюють невеликі домішки інших речовин. Алюміній оксид утворює дуже твердий мінерал корунд, що використовується як абразивний матеріал для обробки металевих, керамічних та інших поверхонь. Крім того, алюміній оксид разом із силіцій оксидом є складовою багатьох ґрунтів і порід, зокрема бокситу, з якого добувають алюміній.
Купрум(ІІ) оксид – кристали чорного кольору, які у звичайних умовах досить стійкі, практично нерозчинні у воді. У природі зустрічається у вигляді мінералу тенориту (мелаконіту) чорного кольору. Оксид міді є достатньо розповсюдженою копалиною. Він зустрічається як у вільному стані, так і в складі інших сполук, наприклад, карбонатів або гідроксидів міді. Найважливішими мінералами, що містять оксид міді(II), є азурит, хризокола, малахіт.
Манган(IV) оксид - зустрічається у природі у вигляді чотирьох кристалічних різновидів, а саме: мінералів піролюзиту, криптомелану, псиломелану та рамзделіту. Суттєво переважає у розповсюдженості піролюзит. Застосовується у виготовленні скла: його добавки усувають зелене забарвлення, спричинене наявністю силікату заліза(II), а також надають відтінок від рожевого до чорного, в залежності від об'ємів добавки. Тонкий дисперсний порошок або колоїд MnO2 використовується як адсорбент хлору, діоксиду сірки, солей барію, радію, срібла, алюмінію та калію.
Карбон діоксид – вуглекислий газ – виділяється в атмосферу в результаті дихання тварин і рослин, вулканічної діяльності та діяльності людини, зокрема при згорянні різних видів палива. Його частка в повітрі приблизно становить 0,04%. Карбон діоксид рослини використовують для фотосинтезу. Вода та вуглекислий газ – основні парникові гази, що обумовлюють парниковий ефект, завдяки якому наша Земля не охолоджується до критично низьких температур.
Ще в меншій кількості в повітрі містяться нітроген діоксид і сульфур діоксид. Вони виділяються завдяки виверженням вулканів і технологічній діяльності людини. Нітроген діоксид – газ бурого кольору, отруйний. Його ще називають «лисячий хвіст» завдяки забарвленню. Часто він додає кольору диму, що виділяється з труб на металургійному виробництві. Ці оксиди обумовлюють кислотні дощі.
3. Хімічні властивості оксидів
- Основні оксиди - це складні хімічні речовини, оксиди, які утворюють сіль з хімічною реакцією з кислотами або кислотними оксидами і не реагують з основними або основними оксидами.
1. Реакція з водою:
- реагують з водою лише ті, що утворюють луги.
CaO + H2O → Ca(OH)2 (реакція, відома як вапнування, звільняє велику кількість тепла!)
2. Реагують з кислотами:
реагують з кислотою з утворенням солі та води
CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O (кристали цієї речовини CaSO4 скрізь відомі як "штукатурка Парижа").
3. Реагують з кислотними оксидами: утворюють солі
CaO + CO2 → CaCO3 (ця речовина відома як крейда!)
4. Взаємодіють з воднем з утворенням металу і води :
CuO + H2 → Cu + H2O (реакція відновлення).
5. Взаємодіють з вуглецем і карбон (II) оксидом.
Fe2O3 + C = Fe + CO2; Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Цю властивість оксидів використовують для добування металів.
- Оксиди кислот являють собою складні хімічні речовини, оксиди, які утворюють сіль з хімічними реакціями з основами або основними оксидами і не реагують з кислотними оксидами.
1.Хімічна реакція з водою з утворенням кислоти
CO2 + H2O → H2CO3
2.Реакція з лугами (основами):
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
3.Реакція з основними оксидами:
CO2 + MgO → MgCO3
- Амфотерні оксиди - це складна хімічна речовина, такі оксиди, які утворюють сіль з хімічними реакціями з кислотами (або оксидами кислот) і з основами (або основними оксидами).
Хімічні властивості амфотерних оксидів унікальні тим, що вони можуть вступати в хімічну реакцію з основами та кислотами.
Наприклад:
1.Реакція з кислотою:
ZnO + H2CO3 → ZnCO3 + H2O
2.Реакція з основами:
ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O
Кислотні й основні оксиди можуть взаємодіяти між собою з утворенням солі.
СаO + Р2O5 = Са3(РO4)2
Кислотні оксиди в результаті взаємодії з водою утворюють кислоти, а основні оксиди утворюють основи.
Кислотні оксиди взаємодіють з основами з утворенням солі й води; основні оксиди взаємодіють із кислотами з утворенням солі й води.
Завдання для засвоєння матеріалу
1. Опрацюйте матеріал підручника «Використання та поширення оксидів» та встановіть відповідність.
1. Н2О
2. Al2O3
3. SiO2
4. CO2
5. SO2
6. NO2
7. Fe2O3
8. СаО
9. MgО
10. ZnO
А) виробництво скла.
В) виготовлення лікарських препаратів.
Д) роса
Е) утворюється при вивержені вулканів.
Ж) для обробки металевих поверхонь.
И) бере участь у процесі фотосинтезу.
О) причина виникнення кислотних дощів.
Т) виготовлення феромагнітних покриттів.
Ц) основа для виготовлення білої фарби.
Я) виробництво вапна.
2.Рубін здавна вважається класичним ювелірним каменем і зважується у каратах. Найбільший ювелірний рубін мав масу 400 каратів (1 карат-0,2 г). Визначте масу алюмінію, який містився у даному рубіні.
4. Обчисліть кількість речовини, що міститься в кальцій оксиді масою 112 г.
5. Складіть формули сполук, що мають такі назви:
Магній оксид, нітроген (V) оксид, ферум (ІІІ) оксид, силіцій (ІV) оксид, літій оксид, нітроген (ІІІ) оксид, хлор (V) оксид, сульфур (VІ) оксид
6. Запишіть пропущені в рівняннях формули, розставте коефіцієнти:
а) Na2O +... = NaOH
б) ... + H2O = HNO3
в) MgO +... = Mg3(PO4)2 +...
г) Ba (OH)2 +... = BaCO3 + H2O
д) ... + SO3 = CaSO4
7. Закінчіть рівняння реакцій:
а) K2O + H2O =___________________________________
б) SO3 + H2O =___________________________________
в) BaO + H2SO4 =_________________________________
г) KOH + P2O5 =___________________________________
д) MgO + CO2 =___________________________________
8. Закінчіть схеми хімічних реакцій:
а) барій оксид + вода →____________________________
б) сульфур(IV) оксид + вода →______________________
в) купрум(ІІ) оксид + ортофосфатна кислота →_________
г) натрій гідроксид + карбон(IV) оксид →______________
д) літій оксид + нітроген (V) оксид →__________________