Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович

§ 27. Оксиди: фізичні властивості, поширеність та застосування

Пригадайте: залежність фізичних властивостей речовин від типу хімічного зв'язку та кристалічних ґраток (за § 21).

Будова та фізичні властивості оксидів

Серед оксидів трапляються речовини і молекулярної, і немолекулярної будови. Будова оксидів зумовлює їхні фізичні властивості.

Більшість оксидів неметалічних елементів (кислотні оксиди) — це переважно речовини молекулярної будови з невеликими температурами плавлення й кипіння. За звичайних умов кислотні оксиди трапляються в різному агрегатному стані, тобто бувають твердими, рідкими й газоподібними.

Оксиди металічних елементів (основні та амфотерні оксиди) є речовинами переважно йонної будови. Це тверді кристалічні речовини з високою температурою плавлення й кипіння. Більшість із них не розчиняються у воді.

Оскільки більшість хімічних елементів є металічними, то можна стверджувати, що більшість оксидів є твердими речовинами. Твердими також є деякі оксиди неметалічних елементів, наприклад силіцій(ІV) оксид та фосфор(V) оксид.

Газоподібних оксидів значно менше. Усі вони є молекулярними речовинами й утворені неметалічними елементами: нітроген(ІV) оксид та нітроген(ІІ) оксид, карбон(ІV) оксид та карбон(ІІ) оксид, сульфур(ІV) оксид тощо.

І лише кілька оксидів за звичайних умов перебувають у рідкому стані: Н₂О, N₂O₃, SO₃, СlО₂, СlО₃, Сl₂О₇, Мn₂О₇.

Поширеність оксидів у природі

Гідроген оксид (вода) наявний у повітрі у вигляді водяної пари завдяки випаровуванню води з поверхні планети. За певної температури газоподібна вода перетворюється на рідку й випадає у вигляді роси або дощу.

Карбон(ІV) оксид (вуглекислий газ) виділяється в атмосферу в результаті дихання організмів, вивержень вулканів та техногенної діяльності людини. Поглинається рослинами під час фотосинтезу. Разом із водою зумовлює парниковий ефект, саме тому планета не охолоджується до критично низьких температур.

Нітроген(ІV) оксид і сульфур(ІV) оксид (сірчистий газ) утворюються під час виверження вулканів, під час грози та в результаті техногенної діяльності. Ці оксиди зумовлюють виникнення кислотних дощів. Є однією з причин забруднення повітря у великих містах.

Нітроген(IV) оксид ΝΟ₂— отруйний газ бурого кольору, який називають «лисячий хвіст». Потрапляє в атмосферу з викидами металургійних і хімічних підприємств. При взаємодії з водяною парою утворює нітратну кислоту, що є однією з причин кислотних дощів.

Силіцій(ІV) оксид SiO₂ називають кремнеземом, оскільки він є складовою піску, ґрунтів, багатьох мінералів: кварцу, гірського кришталю, хризоліту, аметисту тощо. У Карпатах знайдено унікальний різновид кварцових кристалів — мармароський діамант.

Алюміній оксид Аl₂О₃ є основою багатьох мінералів: рубіну, хризоберилу, корунду тощо. Разом із силіцій(ІV) оксидом є складовою ґрунтів і порід, зокрема бокситу, з якого добувають алюміній. В Україні великі поклади бокситів знайдено в Закарпатті та Приазов’ї.

Ферум(IIІ) оксид Fe₂O₃ утворює багато мінералів: гематит, лімоніт, магнетит тощо, з яких добувають залізо, а також використовують як виробний камінь. В Україні родовища цих мінералів розміщені в Криворізькому залізорудному басейні.

Використання оксидів

Кварц і кварцовий пісок — сировина для виробництва скла. Скло з чистого кварцу є дуже цінним матеріалом, тому що воно пропускає ультрафіолетове випромінювання (лампи з кварцового скла використовують у соляріях).

Породи з великим умістом алюміній оксиду використовують для добування алюмінію — конструкційного матеріалу. Різновид алюміній оксиду — корунд — є дуже твердим мінералом, його використовують для обробки металевих, керамічних та інших поверхонь.

Оксиди Феруму Fe₂O₃ та Fe₃O₄ використовують для добування заліза. Також на їх основі виготовляють коричневу фарбу (вохру) та феромагнітні покриття для аудіо- й відеоплівок і пластин жорстких магнітних дисків (вінчестерів).

Хром(ІІІ) оксид Сr₂О₃ використовують для виготовлення шліфувальної пасти (пасти ДОІ) та зеленої фарби. В Україні хром(ІІІ) оксид трапляється у вигляді хромітового зруденіння в Середньому Побужжі.

Титан(ІV) оксид ТіО₂ та цинк оксид ZnO є основою білої фарби (титанові та цинкові білила). Їх виготовляють у великому обсязі на хімічних підприємствах України. Великі поклади титан(ІV) оксиду у вигляді мінералу рутилу є в Придніпров’ї та на Волині. Це майже 20% світових запасів титану.

Магній оксид MgO (палена магнезія) використовують для виробництва вогнетривких матеріалів, цементу, очищення нафтопродуктів, для виготовлення лікарських препаратів.

Кальцій оксид СаО (негашене вапно) використовують для виготовлення будівельних матеріалів — вапна, цементу, цегли, а також у сільському господарстві.

• Із чистого силіцій(IV) оксиду добувають так зване кварцове скло. Воно виявляє стійкість під час нагрівання до 1000-1200 °С. На відміну від звичайного скла, воно майже не розширяється під час нагрівання, а при охолодженні не стискається. Тому склянку, виготовлену з кварцового скла, можна нагріти до 1000 °С, а потім різко охолодити під струменем води. Кварцова склянка при цьому не трісне й не розламається, на відміну від склянки зі звичайного скла.

• Багато випадків спостереження привидів пояснюється поганою системою опалення. Якщо в приміщенні накопичується чадний газ (карбон(ІІ) оксид), то навіть у малій концентрації він призводить до отруєння, яке разом із головним болем та відчуттям утоми спричиняє зорові та слухові галюцинації.

Висновки

• 1. Оксиди — дуже поширені сполуки в природі завдяки великому вмісту Оксигену на Землі. Основні та амфотерні оксиди за звичайних умов завжди тверді. Кислотні оксиди можуть перебувати як у твердому, так і в рідкому й газоподібному станах.
• 2. Оксиди утворюють цінні природні мінерали. Оксиди широко використовують для виготовлення фарб та будівельних матеріалів.

Контрольні запитання

• 1. Назвіть оксиди, що трапляються в атмосфері, гідросфері, літосфері.
• 2. Від чого залежать фізичні властивості оксидів? Наведіть приклади оксидів, що за звичайних умов перебувають у твердому, рідкому й газоподібному станах.
• 3. Наведіть приклади використання оксидів.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Складіть формули речовин: кальцій оксид, калій оксид, фосфор(V) оксид, фосфор(ІІІ) оксид, барій оксид, цинк оксид, бор оксид, алюміній оксид. Які із цих оксидів основні, які — кислотні, а які — амфотерні?

2. Складіть формули й назви речовин: а) газ — оксид, що міститься в повітрі й необхідний для фотосинтезу; б) оксид, що утворюється в атмосфері під час спалаху блискавки; в) оксид, що «гасять» водою; г) оксид, що є основною складовою піску; д) отруйний оксид, що називають чадним газом; е) оксид, що має феромагнітні властивості.

3. Манган може утворювати декілька оксидів, у яких він виявляє валентності II, III, IV, VII. Складіть формули цих оксидів та їхні назви.

4. Хром може утворювати два оксиди, у яких він виявляє валентність III та VI. Складіть формули цих оксидів та обчисліть масову частку Хрому в них. До якої групи оксидів вони належать?

5. Складіть рівняння реакцій утворення з простих речовин оксидів: а) Сульфуру(ІV); б) Нітрогену(ІІ); в) Алюмінію; г) Феруму(ІІ); д) Фосфору(V).

6. Складіть рівняння реакцій горіння магнію, літію та вуглецю в кисні. Укажіть назви добутих оксидів.

7. Обчисліть кількість атомів Нітрогену в зразку нітроген(І) оксиду об'ємом 2,8 л.

8. Із тексту параграфа випишіть оксиди, що містяться в повітрі, та обчисліть їх відносну густину за повітрям.

9*. Які газоподібні оксиди, що забруднюють атмосферу Землі, ви знаєте? Розгляньте шляхи, якими відбувається забруднення атмосфери. Запропонуйте способи запобігання забрудненню повітря.