Окси́д (синонимы: о́кисел, о́кись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2.
Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами также является класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом (см. Окислы).
Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называют пероксидами или перекисями (содержат цепочку −O−O−), супероксидами (или надпероксидами, содержат группу О−
2) и озонидами (содержат группу О−
3). Они, строго говоря, не относятся к категории оксидов.
Также в отдельный небольшой класс обычно выносят субоксиды — бинарные соединения с кислородом, в которых металлы или неметаллы имеют необычно низкую (и/или дробную) степень окисления.
Классификация
правитьВ зависимости от химических свойств различают:
- Солеобразующие оксиды:
- основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO): оксиды металлов, степень окисления которых I—II;
- кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2): оксиды металлов со степенью окисления V—VII и оксиды неметаллов;
- амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3): оксиды металлов со степенью окисления III—IV и исключения (ZnO, BeO, SnO, PbO);
- Несолеобразующие оксиды: оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO, вода (оксид водорода) H2O, оксид кремния(II) SiO, оксид серы(II) SO.
Существуют сложные оксиды, включающие в молекулу атомы двух и более элементов, кроме кислорода — например, оксид лития-кобальта(III) Li2O·Co2O3, и двойные оксиды, в которые атомы одного и того же элемента входят в двух или более степенях окисления — например, оксид марганца(II,IV) Mn5O8 или закись-окись урана U3O8. Во многих случаях такие оксиды могут рассматриваться как соли кислородсодержащих кислот. Так, оксид лития-кобальта(III) можно рассматривать как кобальтит лития Li2Co2O4, а оксид марганца(II,IV) — как ортоманганит марганца Mn3(MnO4)2.
Номенклатура
правитьВ соответствии с номенклатурой ИЮПАК, оксиды называют словом «оксид», после которого следует наименование химического элемента в родительном падеже, например: Na2O — оксид натрия, Al2O3 — оксид алюминия. Если элемент имеет переменную степень окисления, то в названии оксида указывается его степень окисления римской цифрой в скобках сразу после названия (без пробела). Например, Cu2О — оксид меди(I), CuO — оксид меди(II), FeO — оксид железа(II), Fe2О3 — оксид железа(III), Cl2O7 — оксид хлора(VII).
Часто используют и другие наименования оксидов по числу атомов кислорода: если оксид содержит только один атом кислорода, то его называют монооксидом, или одноокисью, если два — диоксидом, или двуокисью, если три — то триоксидом, или триокисью и т. д. Например: монооксид углерода CO, диоксид углерода СО2, триоксид серы SO3.
Также распространены исторически сложившиеся (тривиальные) названия оксидов, например угарный газ CO, серный ангидрид SO3 и т. д.
В начале XIX века и ранее тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды химики называли «землями».
Традиционная номенклатура
правитьОксиды с низшими или промежуточными степенями окисления иногда называют закись (обычно для степени окисления +1, когда устойчива более высокая) и недокись (например, оксид углерода(II), CO — закись углерода; диоксид триуглерода, C3O2 — недокись углерода[1]; оксид азота(I), N2O — закись азота; оксид меди(I), Cu2O — закись меди).
Оксиды с высшими степенями окисления (например, оксид железа(III), Fe2O3) называют в соответствии с этой номенклатурой окись, а двойные[2] оксиды — закись-окись (Fe3O4 = FeO·Fe2O3 — закись-окись железа, оксид урана(VI)-диурана(V), U3O8 — закись-окись урана).
Если какой-нибудь металл даёт один основной окисел, то последний называют окисью, например окись кальция, окись магния и пр.; если их существует два, то окисел с меньшим содержанием кислорода называется закисью, например закись железа FeO и окись Fe2O3. Окись с меньшим содержанием кислорода, чем в закиси, называется недокисью
— Вуколов С. П., Менделеев Д. И. Окислы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Эта номенклатура, однако, не отличается последовательностью, поэтому такие названия следует рассматривать скорее как традиционные.
Свойства
правитьПри нормальных условиях оксиды могут находиться в трёх агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.
- При взаимодействии кислотного оксида с основным образуется соль.
- Оксиды взаимодействуют с водой, если образуется растворимая кислота или растворимое основание.
- Основные оксиды взаимодействуют с кислотами, а кислотные с основаниями.
1. Основный оксид + сильная кислота → соль + вода:
- .
2. Сильноосновный оксид + вода → гидроксид:
- .
3. Сильноосновный оксид + кислотный оксид → соль:
- .
4. Основный оксид + водород → металл + вода:
- .
Примечание: восстановление водородом возможно для металлов менее активных, чем алюминий.
1. Кислотный оксид + вода → кислота:
- .
Некоторые оксиды, например SiO2, с водой не вступают в реакцию, поэтому их кислоты получают косвенным путём.
2. Кислотный оксид + основный оксид → соль:
- .
3. Кислотный оксид + основание → соль + вода:
- .
Если кислотный оксид является ангидридом многоосновной кислоты, возможно образование кислых или средних солей:
- .
4. Нелетучий оксид + соль1 → соль2 + летучий оксид
- .
5. Ангидрид кислоты 1 + безводная кислородосодержащая кислота 2 → Ангидрид кислоты 2 + безводная кислородосодержащая кислота 1:
- .
При взаимодействии с сильной кислотой или кислотным оксидом проявляют основные свойства:
- .
При взаимодействии с сильным основанием или основным оксидом проявляют кислотные свойства:
- (в водном растворе),
- (при сплавлении).
Получение
править1. Взаимодействие простых веществ (за исключением инертных газов, золота и платины) с кислородом:
- .
- Сюда же относят горение в кислороде щелочных металлов (кроме лития), а также стронция и бария, при котором образуются пероксиды и надпероксиды:
- .
2. Обжиг или горение бинарных соединений в кислороде:
- .
3. Термическое разложение солей:
- .
4. Термическое разложение оснований или кислот:
- .
5. Окисление низших оксидов в высшие и восстановление высших в низшие:
- .
6. Взаимодействие некоторых металлов с водой при высокой температуре:
- .
7. Взаимодействие солей с кислотными оксидами при сжигании кокса с выделением летучего оксида:
- .
8. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями:
- .
9. При действии водоотнимающих веществ на кислоты и соли:
- .
10. Взаимодействие солей слабых неустойчивых кислот с более сильными кислотами:
- .
Примечания
править- ↑ Дашкевич Л. Б., Бейлин В. Г. Недокись углерода в органическом синтезе / Успехи химии. — 1967. — Том 36. — № 6. — C. 947—964.
- ↑ то есть смешанные оксиды, в состав которых входят атомы одного элемента в различных степенях окисления
Ссылки
править- Таблица классификации оксидов
- Видеоурок про оксиды Архивная копия от 21 мая 2012 на Wayback Machine