Oxydes, méthodes de production et propriétés chimiques. Classification, préparation et propriétés des oxydes

Les substances qui constituent la base de notre monde physique sont composées de différents types éléments chimiques... Quatre d'entre eux sont les plus courants. Ce sont l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène. Ce dernier élément peut se lier à des particules de métaux ou de non-métaux et former des composés binaires - des oxydes. Dans cet article, nous étudierons les méthodes les plus importantes de production d'oxydes en laboratoire et dans l'industrie. Considérez également leurs principaux propriétés chimiques.

État d'agrégation

Les oxydes, ou oxydes, existent sous trois états: gazeux, liquide et solide. Par exemple, le premier groupe comprend des composés naturels bien connus et répandus comme le dioxyde de carbone - CO 2, le monoxyde de carbone - CO, le dioxyde de soufre - SO 2 et autres. En phase liquide, il existe des oxydes tels que l'eau - H 2 O, l'anhydride sulfurique - SO 3, l'oxyde d'azote - N 2 O 3. L'obtention des oxydes que nous avons nommés peut être réalisée en laboratoire, mais tels d'entre eux, comme le trioxyde de soufre, sont également exploités dans l'industrie. Cela est dû à l'utilisation de ces composés dans les cycles technologiques de la fonte du fer et de la production d'acide sulfate. Le fer est réduit du minerai avec du monoxyde de carbone, et l'anhydride sulfurique est dissous dans l'acide sulfate et l'oléum est extrait.

Classification des oxydes

On distingue plusieurs types de substances contenant de l'oxygène, constituées de deux éléments. Les propriétés chimiques et les méthodes d'obtention des oxydes dépendront du groupe auquel appartient la substance. le carbone, obtenu par combinaison directe de carbone et d'oxygène, effectuant une réaction d'oxydation sévère. Le dioxyde de carbone peut également être libéré lors du processus d'échange et d'acides inorganiques forts:

HCl + Na 2 CO 3 \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

Quelle est la réaction carte de visite oxydes d'acide? C'est leur interaction avec les alcalis:

SO 2 + 2NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O

Oxydes amphotères et non salifères

Les oxydes indifférents, tels que CO ou N 2 O, ne sont pas capables de réactions conduisant à l'apparition de sels. D'autre part, la plupart des oxydes acides peuvent réagir avec l'eau pour former des acides. Cependant, cela n'est pas possible pour l'oxyde de silicium. Il est conseillé d'obtenir indirectement de l'acide silicique: à partir de silicates réagissant avec acides forts... L'amphotère sera de tels composés binaires avec l'oxygène, qui sont capables de réactions avec les alcalis et les acides. Nous incluons les composés suivants dans ce groupe - ce sont les oxydes bien connus d'aluminium et de zinc.

Obtention d'oxydes de soufre

Dans ses composés avec l'oxygène, le soufre présente différentes valences. Ainsi, dans le dioxyde de soufre, dont la formule est SO 2, il est tétravalent. En laboratoire, le dioxyde de soufre est produit dans la réaction entre l'acide sulfate et l'hydrosulfite de sodium, dont l'équation a la forme

NaHSO 3 + H 2 SO 4 → NaHSO 4 + SO 2 + H 2 O

Une autre méthode d'extraction du SO 2 est un procédé redox entre le cuivre et l'acide sulfate à haute concentration. Troisième méthode de laboratoire pour obtenir des oxydes de soufre - combustion sous hotte d'un échantillon d'une substance soufrée simple:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Dans l'industrie, le dioxyde de soufre peut être obtenu en brûlant des minéraux soufrés de zinc ou de plomb, ainsi qu'en brûlant de la pyrite FeS 2. Le dioxyde de soufre obtenu par cette méthode est utilisé pour l'extraction du trioxyde de soufre SO 3 et en outre - l'acide sulfate. Le dioxyde de soufre avec d'autres substances se comporte comme un oxyde aux caractéristiques acides. Par exemple, son interaction avec l'eau conduit à la formation d'acide sulfite H 2 SO 3:

SO 2 + H 2 O \u003d H 2 SO 3

Cette réaction est réversible. Le degré de dissociation de l'acide est faible, par conséquent, le composé est appelé électrolytes faibles et l'acide sulfureux lui-même ne peut exister que dans solution aqueuse... Des molécules d'anhydride sulfureux y sont toujours présentes, ce qui donne à la substance une odeur piquante. Le mélange réactif est dans un état d'égalité de concentration de réactifs et de produits, qui peut être déplacée en changeant les conditions. Ainsi, lorsqu'un alcali est ajouté à la solution, la réaction se déroule de gauche à droite. Dans le cas de l'élimination du dioxyde de soufre de la sphère de réaction en chauffant ou en soufflant de l'azote gazeux à travers le mélange, l'équilibre dynamique se déplacera vers la gauche.

Anhydride sulfurique

Nous continuerons d'examiner les propriétés et les méthodes de production d'oxydes de soufre. Si le dioxyde de soufre est brûlé, le résultat est un oxyde dans lequel le soufre a un état d'oxydation de +6. C'est du trioxyde de soufre. Le composé est en phase liquide et se solidifie rapidement sous forme de cristaux à des températures inférieures à 16 ° C. La substance cristalline peut être représentée par plusieurs modifications allotropiques, différant par la structure du réseau cristallin et les points de fusion. L'anhydride sulfurique présente des propriétés d'agent réducteur. Interagissant avec l'eau, il forme un aérosol d'acide sulfate, par conséquent, dans l'industrie, le H 2 SO 4 est extrait en dissolvant de l'anhydride sulfurique en concentré, ce qui entraîne la formation d'oléum. En y ajoutant de l'eau, une solution d'acide sulfurique est obtenue.

Oxydes basiques

Après avoir étudié les propriétés et la production d'oxydes de soufre appartenant au groupe des composés binaires acides avec l'oxygène, nous considérerons les composés oxygénés des éléments métalliques.

Les oxydes basiques peuvent être déterminés par une caractéristique telle que la présence dans la composition des molécules de particules métalliques des sous-groupes principaux du premier ou du second groupe du système périodique. Ils sont classés comme alcalins ou alcalino-terreux. Par exemple, l'oxyde de sodium - Na 2 O peut réagir avec l'eau, entraînant la formation d'hydroxydes chimiquement agressifs - alcalis. Cependant, la principale propriété chimique des oxydes basiques est l'interaction avec les acides organiques ou inorganiques. Cela va de pair avec la formation de sel et d'eau. Si nous ajoutons de l'acide chlorhydrique à de l'oxyde de cuivre en poudre blanche, nous trouvons une solution bleu-vert de chlorure de cuivre:

CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O

Le chauffage d'hydroxydes insolubles solides est un autre moyen important de produire des oxydes basiques:

Ca (OH) 2 → CaO + H 2 O

Conditions: 520-580 ° C

Dans notre article, nous avons examiné les propriétés les plus importantes des composés binaires avec l'oxygène, ainsi que les méthodes de production d'oxydes en laboratoire et dans l'industrie.

1. Oxydation de substances simples avec de l'oxygène (combustion de substances simples):

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 O 5.

La méthode n'est pas applicable pour la production d'oxydes de métaux alcalins, car lorsqu'ils sont oxydés, les métaux alcalins ne donnent généralement pas d'oxydes, mais peroxydes (Na 2 O 2, K 2 O 2).

Non oxydé par l'oxygène atmosphérique métaux nobles, par exemple, Au, Ag, Pt.

2. Oxydation de substances complexes (sels de certains acides et composés hydrogénés de non-métaux):

2ZnS + 3O 2 \u003d 2ZnO + 2SO 2

2H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2H 2 O

3. Décomposition des hydroxydes (bases et acides contenant de l'oxygène) par chauffage:

Cu (OH) 2 CuO + H 2 O

H 2 SO 3 SO 2 + H 2 O

Vous ne pouvez pas utiliser cette méthode pour obtenir des oxydes de métaux alcalins, car la décomposition des alcalis se produit à des températures trop élevées.

4. Décomposition de certains sels d'acides contenant de l'oxygène:

CaCO 3 CaO + CO 2

2Pb (NO 3) 2 2PbO + 4NO 2 + O 2

Il faut garder à l'esprit que les sels de métaux alcalins ne se décomposent pas lorsqu'ils sont chauffés pour former des oxydes.

1.1.7. Portées d'oxydes.

Un certain nombre de minéraux naturels sont des oxydes (voir tableau 7) et sont utilisés comme matières premières pour la production des métaux correspondants.

Par exemple:

Bauxite A1 2 O 3 nH 2 O.

Hématite Fe 2 O 3.

Magnétite FeO · Fe 2 O 3.

Cassitérite SnO 2.

Pyrolusite MnO 2.

Rutile TiO 2.

Corindon minéral (A1 2 O 3) ayant une grande dureté, est utilisé comme matériau abrasif. Ses cristaux transparents, rouges et bleus représentent gemmes - rubis et saphir.

Chaux vive (CaO)obtenu par calcination du calcaire (CaCO 3), est largement utilisé dans la construction, agriculture et comme réactif pour les fluides de forage.

Oxydes de fer (Fe 2 O 3, Fe 3 O 4) sont utilisés dans le forage de puits de pétrole et de gaz comme agents alourdissants et neutralisants de sulfure d'hydrogène.

Oxyde de silicium (IV) (SiO 2) sous forme de sable de quartz, il est largement utilisé pour la production de verre, de ciment et d'émaux, pour le sablage de la surface des métaux, pour l'hydro-sablage et la fracturation hydraulique dans les puits de pétrole et de gaz. Sous la forme des plus petites particules sphériques (aérosol), il est utilisé comme antimousse efficace des fluides de forage et des charges dans la production de produits industriels en caoutchouc (caoutchouc blanc).

Un certain nombre d'oxydes (A1 2 O 3, Cr 2 O 3, V 2 O 5, CuO, NO) sont utilisés comme catalyseurs dans les industries chimiques modernes.

Le dioxyde de carbone (CO 2), qui est l'un des principaux produits de combustion du charbon, du pétrole et des produits pétroliers, lorsqu'il est injecté dans les formations productives, contribue à une augmentation de leur récupération de pétrole. Le CO 2 est également utilisé pour remplir les extincteurs et les boissons gazeuses.

Les oxydes formés lors de la violation des modes de combustion du carburant (NO, CO) ou lors de la combustion du carburant sulfureux (SO 2) sont des produits qui polluent l'atmosphère. La production moderne, ainsi que le transport, permettent un contrôle strict de la teneur en ces oxydes et de leur neutralisation

Les oxydes d'azote (NO, NO 2) et le soufre (SO 2, SO 3) sont des produits intermédiaires dans la production à grande échelle d'acides nitrique (HNO 3) et sulfurique (H 2 SO 4).

Les oxydes de chrome (Cr 2 O 3) et le plomb (2PbO · PbO 2 - plomb rouge) sont utilisés pour la production de composés de peinture anticorrosion.

Questions d'autocontrôle liées aux oxydes

1. Quelles sont les principales classes de tous les composés inorganiques?

2. Que sont les oxydes?

3. Quels types d'oxydes connaissez-vous?

4. Quels oxydes ne forment pas de sel (indifférents)?

5. Donner des définitions: a) oxyde basique, b) oxyde acide,

c) oxyde amphotère.

6. Quels éléments forment les oxydes basiques?

7. Quels éléments forment les oxydes acides?

8. Écrivez les formules de certains oxydes amphotères.

9. Comment les noms des oxydes sont-ils composés d'oxydes?

10. Nommez les oxydes suivants: Cu 2 O, FeO, Al 2 O 3, Mn 2 O 7, SO 2.

11. Dessinez graphiquement les formules des oxydes suivants: a) oxyde de sodium, b) oxyde de calcium, c) oxyde d'aluminium, d) oxyde de soufre (1V), e) oxyde de manganèse (VII). Indiquez leur nature.

12. Écrivez les formules des oxydes supérieurs des éléments des périodes II et III. Nomme les. Comment le caractère chimique des oxydes des périodes II et III change-t-il?

13. Quelles sont les propriétés chimiques a) des oxydes basiques, b) des oxydes acides, d) des oxydes amphotères?

14. Quels oxydes réagissent avec l'eau? Donne des exemples.

15. Démontrer l'amphotéricité des oxydes suivants: a) oxyde de béryllium, b) oxyde de zinc, c) oxyde d'étain (IV).

16. Quelles méthodes d'obtention d'oxydes connaissez-vous?

17. Écrivez les équations de réaction pour obtenir les oxydes suivants par toutes les méthodes connues: a) oxyde de zinc, b) oxyde de cuivre (II), c) oxyde de silicium (1V).

18. Nommez quelques-unes des applications des oxydes.

1.2. Fondations

Les fondations sont appelées substances chimiquesdécomposition (dissociation) dans une solution aqueuse (ou dans une masse fondue) en ions métalliques chargés positivement et en ions hydroxyles chargés négativement (Définition d'Arrhenius):

hydroxyde de sodium ion hydroxyde de cation sodium

Les motifs sont substances complexesformé lors de l'hydratation des oxydes basiques.

Par exemple:

Na 2 O + H 2 O \u003d NaOH - hydroxyde de sodium

BaO + H 2 O \u003d Ba (OH) 2 - hydroxyde de baryum

1. Oxydation de substances simples avec de l'oxygène (combustion de substances simples):

2 Mg + O 2 \u003d 2 MgSUR

4P + 5O 2 \u003d 2P 2 SUR 5 .

La méthode n'est pas applicable pour la production d'oxydes de métaux alcalins, car lorsqu'ils sont oxydés, les métaux alcalins ne donnent généralement pas d'oxydes, mais peroxydes (N / a 2 O 2 , K 2 O 2 ) .

Les métaux nobles ne sont pas oxydés par l'oxygène atmosphérique, par exemple, ETu, ETg, Rt.

2. Oxydation de substances complexes (sels de certains acides et composés hydrogénés de non-métaux):

2ZnS + 3O 2 \u003d 2ZnO + 2SO 2

2 H 2 S + 3O 2 \u003d 2SO 2 + 2 H 2 SUR

3. Décomposition par chauffage des hydroxydes (bases et acides contenant de l'oxygène):

DEu(IL) 2 DEuO + H 2 SUR

H 2 ALORS 3 ALORS 2 + H 2 O

Vous ne pouvez pas utiliser cette méthode pour obtenir des oxydes de métaux alcalins, car la décomposition des alcalis se produit à des températures trop élevées.

4. Décomposition de certains sels d'acides contenant de l'oxygène:

CaCO 3 CaO + CO 2

2Pb(NON 3 ) 2 2PbO + 4NON 2 + O 2

Il convient de garder à l'esprit que les sels de métaux alcalins ne se décomposent pas lorsqu'ils sont chauffés pour former des oxydes.

1.1.7. Portées d'oxydes.

Un certain nombre de minéraux naturels sont des oxydes (voir tableau 7) et sont utilisés comme matières premières pour la production des métaux correspondants.

Par exemple:

Bauxite A1 2 O 3 · nH 2 O.

HématiteFe 2 O 3 .

MagnétiteFeOFe 2 O 3 .

CassitériteSnO 2 .

Pyrolusite Mnon 2 .

Rutile TjeSUR 2 .

Corindon minéral (A1 2 O 3 ) ayant une grande dureté, est utilisé comme matériau abrasif. Ses cristaux transparents, teintés de rouge et de bleu sont des pierres précieuses - rubis et saphir.

Chaux vive (CaO) obtenu par calcination du calcaire (CaCO 3 ) , trouve une large application dans la construction, l'agriculture et comme réactif pour les fluides de forage.

Oxydes de fer (Fe 2 SUR 3 , Fe 3 SUR 4 ) sont utilisés dans le forage de puits de pétrole et de gaz comme agents alourdissants et réactifs neutralisant le sulfure d'hydrogène.

Oxyde de silicium (IV) (SiO 2 ) sous forme de sable de quartz, il est largement utilisé pour la production de verre, de ciment et d'émaux, pour le sablage de la surface des métaux, pour l'hydro-sablage et la fracturation hydraulique dans les puits de pétrole et de gaz. Sous la forme des plus petites particules sphériques (aérosol), il est utilisé comme antimousse efficace des fluides de forage et des charges dans la production de produits industriels en caoutchouc (caoutchouc blanc).

Un certain nombre d'oxydes (A1 2 O 3 , Cr 2 O 3 , V 2 O 5 , DEuSUR,NSUR) sont utilisés comme catalyseurs dans les industries chimiques modernes.

Les oxydes formés lors de la violation des modes de combustion du carburant (NO, CO) ou lors de la combustion du carburant sulfureux (SO 2) sont des produits qui polluent l'atmosphère. La production moderne, ainsi que le transport, prévoient un contrôle strict de la teneur en ces oxydes et de leur neutralisation,

Les oxydes d'azote (NO, NO 2) et le soufre (SO 2, SO 3) sont des produits intermédiaires dans la production à grande échelle d'acides nitrique (HNO 3) et sulfurique (H 2 SO 4).

Les oxydes de chrome (Cr 2 O 3) et le plomb (2PbO · PbO 2 - plomb rouge) sont utilisés pour la production de composés de peinture anticorrosion.

Oxydesles substances complexes sont appelées, dont les molécules comprennent des atomes d'oxygène à l'état d'oxydation - 2 et un autre élément.

peut être obtenu par interaction directe de l'oxygène avec un autre élément, et indirectement (par exemple, par décomposition de sels, bases, acides). Dans des conditions normales, les oxydes sont à l'état solide, liquide et gazeux, ce type de composé est très courant dans la nature. Les oxydes se trouvent dans la croûte terrestre. La rouille, le sable, l'eau, le dioxyde de carbone sont des oxydes.

Ils sont salifères et non salifères.

Oxydes formant des selsSont des oxydes qui, par conséquent réactions chimiques forme des sels. Ce sont des oxydes de métaux et de non-métaux qui, lorsqu'ils interagissent avec l'eau, forment les acides correspondants et lorsqu'ils interagissent avec des bases, ils forment les sels acides et normaux correspondants. Par exemple, l'oxyde de cuivre (CuO) est un oxyde formant un sel, car, par exemple, lorsqu'il interagit avec l'acide chlorhydrique (HCl), un sel se forme:

CuO + 2HCl → CuCl 2 + H 2 O.

À la suite de réactions chimiques, d'autres sels peuvent être obtenus:

CuO + SO 3 → CuSO 4.

Oxydes non salifères on appelle ces oxydes qui ne forment pas de sels. Un exemple est CO, N 2 O, NO.

Les oxydes formant des sels, à leur tour, sont de 3 types: basiques (du mot « base » ), acide et amphotère.

Oxydes basiqueson appelle ces oxydes métalliques, qui correspondent aux hydroxydes appartenant à la classe des bases. Les oxydes basiques comprennent, par exemple, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, etc.

Propriétés chimiques des oxydes basiques

1. Les oxydes basiques hydrosolubles réagissent avec l'eau pour former des bases:

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH.

2. Réagir avec les oxydes acides en formant les sels correspondants

Na 2 O + SO 3 → Na 2 SO 4.

3. Réagit avec les acides pour former du sel et de l'eau:

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O.

4. Réagir avec les oxydes amphotères:

Li 2 O + Al 2 O 3 → 2LiAlO 2.

Si dans la composition des oxydes en tant que deuxième élément il y a un non-métal ou un métal présentant une valence plus élevée (habituellement de IV à VII), alors ces oxydes seront acides. Les oxydes acides (anhydrides d'acide) sont les oxydes qui correspondent aux hydroxydes appartenant à la classe des acides. Il s'agit par exemple de CO 2, SO 3, P 2 O 5, N 2 O 3, Cl 2 O 5, Mn 2 O 7, etc. Les oxydes acides se dissolvent dans l'eau et les alcalis pour former du sel et de l'eau.

Propriétés chimiques des oxydes acides

1. Interagissez avec l'eau, formant de l'acide:

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4.

Mais tous les oxydes acides ne réagissent pas directement avec l'eau (SiO 2, etc.).

2. Réagit avec les oxydes de base pour former du sel:

CO 2 + CaO → CaCO 3

3. Interagissez avec les alcalis, formant du sel et de l'eau:

CO 2 + Ba (OH) 2 → BaCO 3 + H 2 O.

Partie oxyde amphotèrecomprend un élément qui a des propriétés amphotères. L'amphotéricité est comprise comme la capacité des composés à présenter des propriétés acides et basiques, en fonction des conditions.Par exemple, l'oxyde de zinc ZnO peut être à la fois une base et un acide (Zn (OH) 2 et H 2 ZnO 2). L'amphotéricité se traduit par le fait que, selon les conditions, les oxydes amphotères présentent des propriétés soit basiques, soit acides.

Propriétés chimiques des oxydes amphotères

1. Interagissez avec les acides, formant du sel et de l'eau:

ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O.

2. Réagir avec les alcalis solides (par fusion), formant à la suite de la réaction sel - zincate de sodium et eau:

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O.

Lorsque l'oxyde de zinc interagit avec une solution alcaline (le même NaOH), une autre réaction se produit:

ZnO + 2 NaOH + H 2 O \u003d\u003e Na 2.

Le nombre de coordination est une caractéristique qui détermine le nombre de particules les plus proches: atomes ou inov dans une molécule ou un cristal. Chaque métal amphotère a son propre numéro de coordination. Pour Be et Zn, c'est 4; Pour et, Al vaut 4 ou 6; Pour et, Cr vaut 6 ou (très rarement) 4;

Les oxydes amphotères ne se dissolvent généralement pas dans l'eau et ne réagissent pas avec elle.

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