§ 24. Взаимодействие воды с оксидами

Вспомните, как составлять формулы оксидов по § 13.

Понятие о кислотах и основаниях

Многие оксиды способны вступать в химические реакции с водой. Обычно эти реакции являются реакциями соединения, в результате которых образуются продукты присоединения воды к оксидам. Вещества, образующиеся путем соединения воды с другими веществами, называют гидратами.

В зависимости от того, с каким оксидом взаимодействует вода, может образоваться два типа гидратов: кислоты и основания. Кислоты состоят из атомов Гидрогена и кислотного остатка (H₂SO₄, Н₂СO₃), а в формулах оснований на первое место записывают металлический элемент, с которым соединяется гидроксильная группа — ОН (КОН, Ва(ОН)₂). В зависимости от гидрата, соответствующему определенному оксиду, среди оксидов выделяют две группы: кислотные оксиды и основные оксиды.

Кислотные оксиды

Все кислотные оксиды, за исключением силиций(ІV) оксида SiO₂, в обычных условиях вступают в реакции соединения с водой с образованием кислот:

SO₃ + Н₂O = H₂SO₄ (сульфатная кислота)

СO₂ + Н₂O = Н₂СO₃ (карбонатная кислота)

Р₂O₅ + 3Н₂O = 2Н₃РO₄ (ортофосфатная кислота)

Оксиды, гидраты которых являются кислотами, называют кислотными оксидами.

Большинство кислотных оксидов — это оксиды неметаллических элементов. Но кислотные оксиды могут образовывать и металлические элементы, если эти элементы могут проявлять высокие валентности, выше четырех. Так, к кислотным оксидам относится хром(VI) оксид CrO₃ и манган(VII) оксид Mn₂O₇.

Формулы наиболее употребляемых кислотных оксидов и соответствующих им кислот приведены в таблице 5.

Таблица 5. Кислотные оксиды и соответствующие им кислоты

Кислотный оксид	Кислота (гидрат кислотного оксида)
SiO₂	Силикатная H₂SiO₃
SO₂	Сульфитная H₂SO₃
P₂O₅	Ортофосфатная Н₅РO₄
N₂O₃	Нитритная HNO₂
CrO₃	Хроматная Н₂CrO₄
Mn₂O₇	Перманганатная HMnO₄

Основные оксиды

Продукты реакции оксидов с водой (гидраты) могут проявлять основные свойства. Если гидрат оксида является основанием, то такой оксид — основный.

Оксиды, гидраты которых являются основаниями, называют основными оксидами.

К основным оксидам относятся оксиды металлических элементов. Это, как правило, оксиды одно-, дву-, а иногда трехвалентных металлических элементов (табл. 6).

Таблица 6. Основные оксиды и соответствующие им основания

Основные оксиды	Взаимодействие с водой	Основания
Na₂O	Взаимодействуют	Натрий гидроксид NaOH
к₂о		Калий гидроксид КОН
Li₂O		Литий гидроксид LiOH
SrO		Стронций гидроксид Sr(OH)₂
BaО		Барий гидроксид Ва(ОН)₂
Ag₂O	Не взаимодействуют	Аргентум гидроксид AgOH
CuO		Купрум(II) гидроксид Cu(ОН)₂
FeO		Феррум(II) гидроксид Fe(OH)₂

Большинство основных оксидов с водой не взаимодействуют. В реакцию с водой вступают лишь оксиды, гидраты которых растворяются в воде (см. табл. 6, с. 161). Такие гидраты называют щелочами:

Na₂O + Н₂O = 2NaOH

CaO + Н₂O = Са(ОН)₂

Узнайте больше

• Единственный кислотный оксид, который в обычных условиях не взаимодействует с водой,— это силиций(IV) оксид SiO₂, которому соответствует силикатная кислота H₂SiO₃. Он широко распространен в природе в составе минерала кварца. Обычный кварцевый песок на берегах морей и рек — это и есть силиций(IV) оксид.

• При взаимодействии кальций оксида (негашеной извести) с водой образуется кальций гидроксид (гашеная известь). Во время этой реакции выделяется так много теплоты, что вода может закипеть. Эту реакцию используют в так называемых химических грелках для разогревания завтраков или напитков в одноразовых пакетах.

Выявление кислот и оснований в растворах

Большинство оксидов и соответствующих им гидратов — бесцветные соединения, поэтому выявить их наличие или различить кислоты и основания без «посторонней помощи» невозможно. Для выявления кислот и оснований в растворах используют индикаторы — сложные органические соединения, которые изменяют свою окраску в зависимости от наличия кислоты или основания в растворе (рис. 114). Наиболее употребляемые индикаторы и их цвет при наличии кислот и оснований приведены в таблице 7.

Таблица 7. Цвет некоторых индикаторов при наличии кислот, оснований и в воде

Индикатор	Цвет
Индикатор	в растворах кислот	в растворах оснований	в чистой воде
Лакмус	Красный	Синий	Фиолетовый
Метилоранж	Красный	Желтый	Оранжевый
Фенолфталеин	Бесцветный	Малиновый	Бесцветный

Чаще всего индикаторы используют в виде растворов — в воде или спирте. Удобнее использовать индикаторную бумагу — обычную бумагу, пропитанную раствором индикатора (рис. 115).