§6.4 Оксиды.
Соединения элементов с кислородом называются оксидами. Не любое кислородсодержащее соединение может называться оксидом. Например, KMnO4 (уже известная нам марганцовка) не является оксидом, потому что содержит помимо кислорода еще два элемента (калий и марганец). Зато негашеная известь CaO, вода H2O, углекислый газ CO2 являются оксидами.
Оксидом называется сложное вещество, состоящее из атомов двух элементов, один из которых - кислород.
Поскольку кислород соединяется почти со всеми элементами, существуют оксиды как металлов, так и неметаллов. Оксиды металлов, подобно CuO, Fe2O3, СаО – твердые вещества. Оксиды неметаллов могут быть как твердые (P2O5), так и жидкие (H2O) и газообразные (как SO2 и CO2).
Элементы с переменной валентностью могут образовывать несколько оксидов. Чтобы их отличать, в названии оксида указывают валентность связанного с кислородом элемента. Нам уже встречались такие названия в предыдущем параграфе. Приведем еще примеры:
SO2 – оксид серы (IV)
SO3 – оксид серы (VI)
Cr2O3 – оксид хрома (III)
CrO3 – оксид хрома (VI)
Оксиды получают, например, с помощью реакций элементов с кислородом:
S + O2 = SO2
2Mg + O2 = 2MgO
C + O2 = CO2
Иногда оксиды удобнее получать из других соединений элементов или даже из других оксидов:
2H3BO3 = B2O3 + 3H2O (при нагревании)
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
CaCO3 = CaO + CO2 (при нагревании)
SO2 + O2 = SO3 (реакция идет с катализатором)
2CO + O2 = 2CO2
Многие элементы находятся в природе в виде своих соединений с кислородом, т.е. оксидов. Руды различных металлов часто являются именно оксидами этих металлов. Например, железные руды: магнитный железняк
– Fe3O4 (смесь оксидов FeO× Fe2O3), красный железняк – Fe3O4, бурый железняк – 2Fe3O4× 3H2O; алюминиевая руда боксит – Al2O3× nH2O и так далее.Поэтому важнейшим применением оксидов металлов является их восстановление. Например, в доменной печи происходит восстановление оксидов железа с образованием металлического железа:
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
Химические свойства оксидов далеко не исчерпываются приведенными примерами. Более подробно с их свойствами мы познакомимся в последней главе
– при изучении основных классов соединений.** Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:
SO3 + H2O = H2SO4
CaO + H2O = H2CaO2
или Ca(OH)2В 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.
Задачи.
6.9. Среди перечисленных веществ найдите оксиды: NO2, HNO2, Fe(OH)3, Fe2O3, K2Cr2O7, Mn2O7, SiO2, CO, CO2, PbO, PbS, H2O, H2SO4, O2.
** 6.10. Свинец получают из руды PbS следующим способом:
PbS + O2 = PbO + SO2
PbS + PbO = Pb + SO2
Уравняйте эти окислительно-восстановительные реакции. Сколько % руды PbS следует превращать в оксид свинца, чтобы в итоге получать только металлический свинец и SO
2?6.11. Оксид шестивалентного элемента содержит 48% кислорода по массе. Рассчитайте атомный вес элемента. Какой это может быть элемент?
6.12. Серную кислоту H2SO4 можно получить из серы следующим способом:
S + O2 = SO2 (без катализатора)
2SO2 + O2 = 2SO3 (с катализатором)
SO3 + H2O = H2SO4
Какой объем кислорода (при н.у.) потребуется для получения 980 г серной кислоты по этому способу? Сколько для этого потребуется граммов серы?
