Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 20. Оксиди неметалічних елементів

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • пригадати склад і назви оксидів;
  • розширити свої знання про будову і властивості оксидів неметалічних елементів;
  • з’ясувати сфери використання цих сполук;
  • дізнатися про вплив на довкілля деяких оксидів.

Склад і назви сполук. Зі сполуками, які називають оксидами, ви докладно ознайомились у 8 класі. Оксиди є бінарними сполуками Оксигену, в яких цей елемент виявляє ступінь окиснення -2.

Оксиди ЕnОm

Загальна формула оксидів — ЕnОm. Майже всі неметалічні елементи утворюють оксиди (табл. 7). Винятками є Флуор та інертні елементи — Гелій, Неон, Аргон. Для багатьох неметалічних елементів існує по кілька оксидів, а для Бору й Гідрогену — по одному. Найбільше оксидів утворює Нітроген — N2O, NO, Ν2Ο3, ΝΟ2, Ν2Ο4, Ν2Ο5.

Таблиця 7

Формули деяких оксидів неметалічних елементів

Періоди

Групи

IV

V

VI

2

С

CO, CO2

N

NO, NO2

3

Si

SiO2

P

P2O5

S

SO2, SO3

Оксиди СО2, SiO2, Р2О5, SO3, Сl2О7 називають вищими. У такому оксиді ступінь окиснення елемента збігається з номером групи, в якій він розміщений. Загальні формули вищих оксидів для елементів кожної групи подано в окремому рядку короткого варіанта періодичної системи (форзац І).

Для оксидів використовують переважно хімічні назви. Якщо елемент утворює кілька оксидів, то після назви елемента в дужках указують римською цифрою ступінь його окиснення без знака «плюс»: сульфур(ІV) оксид, карбон(ІІ) оксид, нітроген(ІІІ) оксид, хлор(І) оксид.

Дайте хімічні назви вищим оксидам Карбону, Фосфору та Сульфуру.

Деякі оксиди мають ще й тривіальні назви. Серед них — сполуки з формулами CO (чадний газ), СО2 (вуглекислий газ), SO2 (сірчистий газ).

Будова сполук. Майже всі оксиди неметалічних елементів складаються з молекул (мал. 48). У них ковалентні зв’язки між атомами є полярними, а самі молекули можуть бути полярними і неполярними.

Доведіть, що молекула SO2 полярна, а СО2 — неполярна. Скористайтеся моделями молекул, наведеними на малюнку 48.

Мал. 48. Кулестержневі моделі молекул SO2 (а) і СО2 (б)

Силіцій(ІV) оксид має атомну будову (§ 8, мал. 12).

Фізичні властивості. Оксиди неметалічних елементів за звичайних умов перебувають у різних агрегатних станах. Так, сполуки SO2, NO2, NO, СО2, CO є газами (перші два мають характерні запахи), N2O4 — рідина, а оксиди Р2О5, SiO2 — тверді речовини.

Сполуки SO2, SO3, NO2, СО2, Р2О5 і багато інших оксидів неметалічних елементів розчиняються у воді (мал. 49), взаємодіючи з нею й перетворюючись на кислоти.

Мал. 49. «Розчинення» оксиду NO2 у воді

Хімічні властивості. Переважна більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Оксиди Н2О, CO, N2O і NO є несолетворними. Вони не реагують із лугами і кислотами з утворенням солей.

Реакції з водою. Ви знаєте, що кислотні оксиди взаємодіють з водою з утворенням кислот:

SO2 + Н2О = H2SO3.

Нітроген(ІV) оксид NO2 вирізняється тим, що не має «власної» кислоти. Продуктами його реакції з водою є дві кислоти — нітратна і нітритна:

2NO2 + Н2О = HNO3 + HNO2.

У чому особливість цієї окисно-відновної реакції?

Кислотні властивості вищих оксидів неметалічних елементів у кожному періоді посилюються зліва направо. Наприклад, оксид SiO2 не взаємодіє з водою, а Р2О5 активно вступає в аналогічну реакцію.

Існує ще одна закономірність: чим вище значення валентності неметалічного елемента в оксиді, тим більшою мірою виражені кислотні властивості цієї сполуки. Так, за звичайних умов реакція оксиду SO2 з водою є оборотною, а оксид SO3 взаємодіє з нею повністю.

Реакції з основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами. Вам відомо, що при взаємодії кислотних оксидів зі сполуками основної або амфотерної природи утворюються солі. Приклади таких реакцій:

Нітроген(ІV) оксид, реагуючи з лугом, утворює солі нітратної та нітритної кислот:

2NO2+ 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O.

Цікаво знати

Оксид N2O4 утворюється з оксиду NO2 при охолодженні й так само реагує з водою і лугами.

Добування. Багато оксидів неметалічних елементів можна добути, здійснивши реакцію між неметалом і киснем. Ці перетворення, як правило, супроводжуються виділенням теплоти, а нерідко й горінням. Не взаємодіють із киснем галогени та інертні гази. Відповідні оксиди добувають за допомогою інших реакцій.

Якщо для елемента існує кілька оксидів, то передбачити, який із них утвориться в результаті реакції неметалу з киснем, не завжди вдається. Продуктом горіння вуглецю на повітрі є вуглекислий газ СО2 (іноді — з домішкою чадного газу CO), а сірки — сірчистий газ SO2 (із домішкою оксиду SO3). Взаємодія азоту і кисню, яка відбувається за дуже високої температури, призводить до утворення нітроген(ІІ) оксиду NO, хоча існують інші оксиди Нітрогену.

Цікаво знати

Оксиди NO, NO2, SO2 i SO3проміжні продукти у виробництві нітратної та сульфатної кислот.

Використання. Деякі оксиди неметалічних елементів набули практичного застосування.

Вуглекислий газ використовують у засобах для гасіння пожеж. Він не підтримує горіння і, будучи важчим за повітря, ізолює від нього предмет або речовину, що горить. Сучасні вогнегасники (мал. 50) містять зріджений карбон(ІV) оксид, а в старих вуглекислий газ утворювався під час реакції соди із сульфатною кислотою. Додавання цього газу в повітря теплиць прискорює ріст і достигання ранніх овочів. Вуглекислий газ також використовують для приготування газованих напоїв.

Мал. 50. Вогнегасник і його застосування

Пісок, який складається переважно із силіцій(ІV) оксиду, застосовують у будівництві, виробництві скла, бетону.

Карбон(ІІ) оксид входить до складу горючих газових сумішей і слугує вихідною речовиною для синтезу метанолу СН3ОН. Із фосфор(V) оксиду виробляють ортофосфатну кислоту Н3РО4.

Оксиди неметалічних елементів і довкілля. Особливе значення серед оксидів для навколишнього середовища має вода. Ця речовина бере участь у геологічних процесах, змінює рельєф планети, впливає на клімат і погоду. Усі процеси в живих організмах відбуваються у водних розчинах.

Роль карбон(ІV) оксиду, або вуглекислого газу, не менш важлива. Сполука разом із водою бере участь у фотосинтезі, регулює тепловий баланс на Землі.

Парниковий ефект. Нагріта Сонцем поверхня нашої планети віддає в космічний простір частину отриманої теплової енергії у вигляді інфрачервоних променів. Вуглекислий газ здатний поглинати ці промені1 і, незважаючи на малий вміст в атмосфері (φ(СО2) ≈ 0,04 %), затримує частину теплоти на Землі (мал. 51). Таке явище називають парниковим ефектом. Нині рослини не встигають поглинати у процесі фотосинтезу вуглекислий газ, який виділяють промислові й теплоенергетичні підприємства, автотранспорт. Учені вважають, що потепління на планеті призведе до танення значної кількості льоду в Арктиці й Антарктиді (мал. 52), внаслідок чого підвищиться рівень Світового океану, буде затоплено багато територій. Щоб запобігти цьому, потрібно обмежити надходження вуглекислого газу в атмосферу, поступово замінюючи теплову енергетику на альтернативну, зменшувати споживання палива і пального, а також збільшувати площі зелених насаджень.

Мал. 51. Схема парникового ефекту

Мал. 52. Плакат про наслідки глобального потепління

1 Таку властивість мають метан і деякі інші гази (вони є серед домішок у повітрі).

Негативний вплив на довкілля створюють домішки в повітрі оксидів NO2 і SO2. Вони містяться в газових викидах металургійних, теплоенергетичних підприємств, автотранспорту. Ці оксиди беруть участь в утворенні смогу над великими містами і промисловими центрами. Внаслідок їх взаємодії з атмосферною вологою трапляються кислотні опади (§ 21).

Фізіологічна дія оксидів. Більшість оксидів неметалічних елементів токсичні. Чадний газ дуже отруйний. Він не має запаху, і людина його не відчуває. Відомі випадки смертельного отруєння людей чадним газом через погану тягу в будинках із пічним опаленням, а також у гаражах за тривалої роботи автомобільного двигуна.

За одну годину двигун автомобіля може «виробити» від З до 6м3 чадного газу. У сучасних автомобілях вихлопні гази проходять через каталізатори. Завдяки їм відбуваються реакції карбон(ІІ) оксиду і залишків пального з киснем повітря. Продуктами таких реакцій є вуглекислий газ і вода.

Вуглекислий газ не вважають токсичною речовиною. Однак якщо об’ємна частка цього газу в повітрі досягає 0,25 %, людина починає відчувати задуху. Висока концентрація кар- 6oh(IV) оксиду може спричинити смерть через зупинку дихання.

ВИСНОВКИ

Майже всі неметалічні елементи утворюють оксиди.

Більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Вони взаємодіють з водою з утворенням кислот, а також з основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами.

Оксиди Н2О, CO, N2O і NO є несолетворними.

Вода і вуглекислий газ беруть участь у геологічних і біохімічних процесах, а оксиди Нітрогену і Сульфуру спричиняють кислотні опади.

Деякі оксиди неметалічних елементів широко використовують на практиці.

  • 146. Напишіть по одній формулі оксидів неметалічних елементів різного складу.
  • 147. Яких значень можуть набувати індекси у загальній формулі оксидів?
  • 148. Чому гідроген пероксид Н2О2 не зараховують до оксидів?
  • 149. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:

a) SO2 + О2

SO3 + Н2О →

б) СО2 + МgО →

Р2О5 + LiOH →

  • 150. За матеріалами з інтернету або іншими джерелами інформації підготуйте невелике повідомлення про вплив оксидів Нітрогену на організм людини.
  • 151. Який із газів важчий — вуглекислий чи чадний? У скільки разів?
  • 152. Обчисліть середню молярну масу та густину за воднем суміші оксидів Карбону, якщо об’єм чадного газу в ній утричі більший за об’єм вуглекислого газу.
  • 153. На спалювання 3,8 г суміші метану і чадного газу витрачено 10,4 г кисню. Обчисліть маси газів у суміші.
  • 154. Елемент VI групи утворює два оксиди. Один з них містить 50 % Оксигену за масою і має відносну молекулярну масу, що в 1,25 раза менша за відносну молекулярну масу іншого оксиду. Виведіть формули оксидів.