Хімія. 8 клас. Савчин

§ 24. Фізичні та хімічні властивості оксидів

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• формулювати визначення основних, кислотних, амфотерних оксидів;
• характеризувати фізичні властивості оксидів; хімічні властивості основних, кислотних, амфотерних оксидів; поняття амфотерності;
• порівнювати хімічні властивості основних, кислотних, амфотерних оксидів;
• складати рівняння реакцій, що характеризують хімічні властивості основних, кислотних та амфотерних оксидів;
• формувати бережливе ставлення до води як оксида, що забезпечує життєдіяльність живих організмів; ініціативність і підприємливість щодо збереження водних ресурсів; навички безпечного поводження з оксидами, які спричиняють шкоду людині, сільському господарству, виробництвам.

Пригадайте назви оксидів, що утворюються в атмосфері внаслідок господарської діяльності людини.

Що вам відомо про найпоширеніший на Землі оксид — воду?

Фізичні властивості оксидів. Оксиди як сполуки елементів з Оксигеном досить поширені в природі. За нормальних умов вони перебувають у різних агрегатних станах: газоподібному, рідкому, твердому. Наведемо приклади. Поширені в природі та утворені внаслідок господарської діяльності людини карбон(ІV) оксид, сульфур(ІV) оксид, нітроген(ІV) оксиде газами. Як вам відомо, великі концентрації цих газів у атмосфері спричиняють утворення кислотних дощів. Силіцій(ІV) оксид, фосфор(V) оксид, магній оксид та інші тверді речовини — безбарвні або мають характерне забарвлення. Наприклад: хром(ІII) оксид — зелений, магній оксид — білий, ферум(VІ) оксид і нітроген(ІV) оксид — бурого кольору, а силіцій(ІV) оксид — безбарвний. Розглянувши зразки оксидів, ви наочно переконаєтеся в цьому.

Для багатьох оксидів притаманний характерний запах. Наприклад, сульфур(ІV) оксид, нітроген(ІV) оксид — задушливі гази; карбон(ІІ) оксид, карбон(ІV) оксид — без запаху, отруйні.

У твердому стані оксиди утворюють атомні, йонні або молекулярні структури (кристалічні ґратки). До оксидів із молекулярними кристалічними ґратками належать карбон(ІV) оксид, вода (див. рис. 32 б, 33, с. 88). Атомну кристалічну ґратку має силіцій(ІV) оксид, йонну — алюміній оксид.

Оксиди з атомними структурами характеризуються високою твердістю, з молекулярними — леткістю. Температури плавлення й кипіння змінюються в широкому діапазоні.

Напишіть самостійно формули всіх згаданих у тексті оксидів.

Хімічні властивості основних оксидів. Оскільки оксиди є сполуками елементів з Оксигеном, то їм властиві як спільні, так і відмінні властивості. Виходячи з назв цих груп оксидів, їм можна дати визначення.

Основні оксиди — це оксиди, яким відповідають основи.

Наприклад, натрій оксиду Na₂O відповідає основа натрій гідроксид NaOH, кальцій оксиду СаО — кальцій гідроксид Са(ОН)₂.

Основні оксиди вступають у хімічну взаємодію з водою, кислотами й кислотними оксидами.

Пригадайте реакцію сполучення кальцій оксиду з водою, напишіть рівняння реакції.

Дослідимо хімічні властивості основних оксидів за допомогою експерименту.

1. Взаємодія з водою.

Дослід 1. Окрім кальцій оксиду (рис. 52), з водою реагують оксиди лужних і лужноземельних металічних елементів (SrO, ВаО). Наприклад:

К₂О + Н₂О = 2КОН;

ВаО + Н₂О = Ва(ОН)₂.

Продуктами цих реакцій, відповідно, є основи — калій та барій гідроксиди. Обидва гідроксиди добре розчинні у воді.

Рис. 52. Взаємодія кальцій оксиду з водою

Як називають розчинні у воді основи?

2. Взаємодія з кислотами.

Дослід 2. Насиплемо в колбу купрум(II) оксиду (чорний порошок) і доллємо хлоридної кислоти. Під час нагрівання утворюється прозора рідина блакитного кольору. Під час перебігу реакції зменшується вміст купрум(II) оксиду (рис. 53).

Рис. 53. Взаємодія купрум(ІІ) оксиду з хлоридною кислотою

Пригадайте, які ознаки перебігу хімічних реакцій вам відомі.

У розчині є сіль купрум(ІІ) хлорид, яка забарвлює його в блакитний колір.

3. Взаємодія з кислотними оксидами.

Цікавим прикладом взаємодії оксидів між собою є реакції, що лежать в основі виробництва скла. Унаслідок взаємодії кальцій і силіцій(ІV) оксидів за нагрівання утворюється сіль — кальцій силікат:

У промисловості виробляють різні види скла сплавлянням оксидів. Віконне скло має хімічний склад Na₂O • СаО • 6Si₂O.

Хімічні властивості кислотних оксидів. Одну з властивостей кислотних оксидів ви вже знаєте. Це взаємодія з основними оксидами. Окрім цього, вони реагують з водою й основами. Доведемо це експериментально.

1. Взаємодія з водою.

Вуглекислий газ, який пропускають під тиском крізь воду, частково взаємодіє з нею. Під час такої взаємодії утворюється гідроксид, що проявляє кислотні властивості, — карбонатна кислота. Це дуже слабка кислота, тому вона має здатність розпадатися до вихідних речовин.

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃;

Н₂СО₃ = CO₂↑ + Н₂О.

Розщеплення карбонатної кислоти до вихідних речовин можна спостерігати, якщо відкрити пляшку з газованою водою.

Однак не всі кислотні оксиди з водою утворюють нестійкі кислоти. За взаємодії сульфур(VІ) оксиду з водою утворюється стійка сульфатна кислота:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

Напишіть самостійно рівняння реакції взаємодії фосфор(V) оксиду з водою. Назвіть тип реакції та сформулюйте її визначення.

Взаємодія з водою кислотних оксидів, які викидаються в атмосферу під час хімічних виробництв, призводить до утворення кислотних дощів. Вам уже відомо, що кислотні дощі негативно впливають на рослинний і тваринний світ. Окрім цього, підвищується кислотніть ґрунтів, що веде до зниження врожайності та якості сільськогосподарських культур. Підвищення концентрації кислот у воді річок та озер спричиняє вимирання водних тварин. Необхідно додати, що кислотні дощі роз’їдають металеві покриття будинків, фарби, руйнують пам’ятки архітектури й культури.

Запропонуйте заходи боротьби з кислотними дощами.

Треба звернути увагу на те, що не всі кислотні оксиди реагують з водою.

Вам відомо, що береги багатьох річок, озер, морів укриті силіцій(ІV) оксидом (піском), який безпосередньо стикається з водою, та реакція не відбувається. Але гідрат цього оксиду існує — це силікатна кислота H₂SiO₃.

2. Взаємодія з лугами.

Звернемося знову до досліду.

Дослід 3. Наллємо в хімічний стакан розчин натрій гідроксиду, крапнемо кілька крапель розчину фенолфталеїну (рис. 54 а). Розчин набуває малинового забарвлення (рис. 54 б). Продуємо через зафарбований розчин вуглекислий газ. Розчин знебарвлюється (рис. 54 в).

Рис. 54. Взаємодія карбон(ІV) оксиду з розчином натрій гідроксиду

Знебарвлення розчину свідчить про те, що відбулася хімічна реакція:

СО₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + Н₂О.

Утворилися сіль — натрій карбонат і вода.

Кислотні оксиди — це оксиди, яким відповідають кислоти.

Наприклад: SO₂ — H₂SO₃; SO₃ — H₂SO₄; P₂O₅ — H₃PO₄.

Хімічні властивості амфотерних оксидів. Поняття «амфотерність» стосується сполук, що проявляють подвійні хімічні властивості. Якщо мова йде про амфотерні оксиди, то, очевидно, вони мають проявляти властивості як основних, так і кислотних. До таких оксидів належать цинк та алюміній оксиди, оксиди тривалентного Феруму та Хрому, берилій оксид та ін.

Напишіть самостійно формули зазначених вище оксидів за їх назвами.

Розглянемо хімічні властивості амфотерних оксидів на прикладі цинк та алюміній оксидів.

3. Взаємодія з кислотами.

Якщо до цинк оксиду долити розчин сульфатної кислоти, відбувається реакція з утворенням солі — цинк сульфату:

Аналогічно з кислотами реагує алюміній оксид:

4. Взаємодія з лугами.

Реакції амфотерних оксидів із лугами відбуваються за нагрівання:

5. Взаємодія з основними оксидами.

Амфотерні оксиди реагують з основними оксидами з утворенням солей:

6. Взаємодія з кислотними оксидами.

За високих температур амфотерні оксиди взаємодіють з найбільш активними кислотними:

Проаналізувавши продукти реакцій амфотерних оксидів з кислотами, лугами, основними та кислотними оксидами, бачимо, що в результаті всіх цих реакцій утворюються солі.

Амфотерні оксиди — це оксиди, які проявляють властивості основних і кислотних оксидів.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Оксиди в природі перебувають у трьох агрегатних станах. Утворюють молекулярні, атомні та йонні кристалічні ґратки. Деякі мають забарвлення або можуть бути прозорі. Температури плавлення й кипіння оксидів змінюються в широкому діапазоні. Реагують з водою оксиди лужних і лужноземельних елементів.
• Основним оксидам відповідають основи. Реагують з водою, кислотами, кислотними оксидами. Під час реакцій з кислотами, кислотними оксидами утворюються солі.
• Кислотним оксидам відповідають кислоти. Вони вступають у хімічну взаємодію з водою (виняток — SiO₂), основними оксидами, основами. Продуктами взаємодії кислотних оксидів з основними та основами є солі.
• Основні й кислотні оксиди взаємодіють між собою з утворенням солей.
• Амфотерні оксиди проявляють властивості основних і кислотних оксидів. Продуктами їх реакцій є солі.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Перелічіть відомі вам фізичні властивості оксидів.
• 2. Розпізнайте за хімічними формулами основні, кислотні й амфотерні оксиди: CuO, MgO, Fe₂O₃, SO₃, Р₂О₅, Аl₂О₃, К₂О, SiO₂, ВаО, ZnO, СО₂.
• 3. Допишіть продукти реакцій і перетворіть їх на хімічні рівняння: a) MgO + НСl = ...; б) К₂О + Н₂О = ...; в) SO₃ + NaOH = ...; г) SO₃ + H₂O = ...; ґ) AI₂O₃ + H₂SO₄ = ...; д) ZnO + NaOH = ...; e) SO₃ + ZnO = ...; є) Na₂O + CO₂ = ...; ж) AI₂O₃ + HCI = ... .
• 4. Опишіть практичне значення реакції взаємодії кальцій оксиду з водою.
• 5. Установіть, між якими з попарно взятих речовин, поданих формулами, можлива взаємодія: а) ВаО і Н₂О; б) SO₂ і НСl; в) SO₂ і К₂О; г) СаО і НСl; ґ) К₂О і NaOH; д) СO₂ і NaOH; е) SO₂ і Р₂О₅; є) ВаО і H₂SO₄.
• 6. Поясніть, як експериментально перевірити, що від взаємодії основних оксидів із водою утворюються луги, а кислотних — кислоти.
• 7. Напишіть формули оксидів за назвами й класифікуйте сполуки: калій оксид; фосфор(V) оксид; барій оксид; сульфур(VІ) оксид. Напишіть можливі реакції цих оксидів із: а) водою; б) розчином сульфатної кислоти; в) розчином натрій гідроксиду.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• Цинк оксид ZnO використовують для виробництва цинкового білила, що застосовують як фарбу в малярстві. Цей оксид входить до складу пудри, а у фармації є невід’ємною частиною присипок, суспензій, гігієнічних паст, мазей.
• Великі монокристали, що добувають від сплавлення алюміній оксиду з оксидами Феруму, Купруму, Титану, Ванадію, застосовують у ювелірній справі, а суміш алюміній та хром(ІІІ) оксидів — як наждачний порошок.
• Кольорове скло (рис. 55) виробляють, використовуючи комбінації різних оксидів, які додають до сировини. Наприклад, додаючи купрум(ІІ) оксид, можна одержати синьо-зелене забарвлення скляних виробів; кобальт(ІІ) оксид — синє; хром(ІІІ) оксид — зелене.

Рис. 55. Вироби з кольорового скла