Métodos de preparação de óxidos e propriedades químicas. Classificação, preparação e propriedades dos óxidos

As substâncias que constituem a base do nosso mundo físico são compostas de tipos diferentes elementos químicos... Quatro deles são os mais comuns. Estes são hidrogênio, carbono, nitrogênio e oxigênio. O último elemento pode se ligar a partículas de metais ou não metais e formar compostos binários - óxidos. Neste artigo, estudaremos os métodos mais importantes para a obtenção de óxidos em condições de laboratório e na indústria. Considere também seu físico básico e propriedades quimicas.

Estado de agregação

Óxidos, ou óxidos, existem em três estados: gasoso, líquido e sólido. Por exemplo, o primeiro grupo inclui compostos bem conhecidos e difundidos na natureza como dióxido de carbono - CO 2, monóxido de carbono - CO, dióxido de enxofre - SO 2 e outros. Na fase líquida, existem óxidos como água - H 2 O, anidrido sulfúrico - SO 3, óxido de nitrogênio - N 2 O 3. A obtenção dos óxidos que citamos pode ser feita em laboratório, mas esses, como o trióxido de enxofre, também são minerados na indústria. Isso se deve ao uso desses compostos nos ciclos tecnológicos de fundição de ferro e produção de ácido sulfatado. O ferro é reduzido do minério com monóxido de carbono, e o anidrido sulfúrico é dissolvido em ácido sulfato e o oleum é extraído.

Classificação de óxidos

Vários tipos de substâncias que contêm oxigênio podem ser distinguidos, consistindo em dois elementos. As propriedades químicas e os métodos de obtenção de óxidos dependerão de qual dos grupos listados a substância pertence. carbono, obtido pela combinação direta de carbono com oxigênio, realizando uma severa reação de oxidação. O dióxido de carbono também pode ser liberado no processo de troca e ácidos inorgânicos fortes:

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

Qual é a reação cartão de visitas óxidos de ácido? Esta é sua interação com álcalis:

SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O

Óxidos anfotéricos e não formadores de sal

Óxidos indiferentes, como CO ou N 2 O, não são capazes de reações que levem ao aparecimento de sais. Por outro lado, a maioria dos óxidos ácidos pode reagir com a água para formar ácidos. No entanto, isso não é possível para o óxido de silício. É aconselhável obter ácido silícico indiretamente: a partir de silicatos que reagem com ácidos fortes... Anfotéricos serão compostos binários com oxigênio, que são capazes de reações com álcalis e ácidos. Incluímos os seguintes compostos neste grupo - estes são os bem conhecidos óxidos de alumínio e zinco.

Obtenção de óxidos de enxofre

Em seus compostos com o oxigênio, o enxofre apresenta diferentes valências. Portanto, no dióxido de enxofre, cuja fórmula é SO 2, ele é tetravalente. Em laboratório, o dióxido de enxofre é obtido na reação entre o ácido sulfato e o hidrossulfito de sódio, cuja equação tem a forma

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

Outro método para extrair SO 2 é um processo redox entre o cobre e o ácido sulfato de alta concentração. Terceiro método de laboratório para obter óxidos de enxofre - combustão sob o capô de uma amostra de uma substância de enxofre simples:

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

Na indústria, o dióxido de enxofre pode ser obtido pela queima de minerais contendo enxofre de zinco ou chumbo, bem como pela queima de pirita FeS 2. O dióxido de enxofre obtido por este método é usado para a extração de trióxido de enxofre SO 3 e posteriormente - ácido sulfato. O dióxido de enxofre com outras substâncias se comporta como um óxido com características ácidas. Por exemplo, sua interação com a água leva à formação de ácido sulfito H 2 SO 3:

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

Esta reação é reversível. O grau de dissociação do ácido é pequeno, portanto, o composto é referido como eletrólitos fracos, e o próprio ácido sulfuroso pode existir apenas em solução aquosa... Moléculas de anidrido sulfuroso estão sempre presentes nele, o que confere à substância um odor pungente. A mistura reativa está em um estado de igualdade da concentração de reagentes e produtos, que pode ser alterada alterando as condições. Portanto, quando o álcali é adicionado à solução, a reação ocorre da esquerda para a direita. No caso de remoção de dióxido de enxofre da esfera de reação por aquecimento ou sopragem de gás nitrogênio através da mistura, o equilíbrio dinâmico mudará para a esquerda.

Anidrido sulfúrico

Continuaremos a considerar as propriedades e métodos de produção de óxidos de enxofre. Se o dióxido de enxofre for queimado, o resultado é um óxido no qual o enxofre tem um estado de oxidação de +6. Este é o trióxido de enxofre. O composto encontra-se na fase líquida, solidifica-se rapidamente na forma de cristais em temperaturas abaixo de 16 ° C. A substância cristalina pode ser representada por vários modificações alotrópicas, diferindo na estrutura da rede cristalina e pontos de fusão. O anidrido sulfúrico exibe propriedades de agente redutor. Interagindo com a água, forma um aerossol de ácido sulfato, portanto, na indústria, o H 2 SO 4 é extraído pela dissolução do anidrido sulfúrico em concentrado, resultando na formação do oleum. Ao adicionar água a ele, uma solução de ácido sulfúrico é obtida.

Óxidos básicos

Tendo estudado as propriedades e produção dos óxidos de enxofre pertencentes ao grupo dos compostos binários ácidos com o oxigênio, consideraremos os compostos oxigenados dos elementos metálicos.

Os óxidos básicos podem ser determinados por uma característica como a presença na composição das moléculas de partículas metálicas dos subgrupos principais do primeiro ou segundo grupos do sistema periódico. Eles são classificados como alcalinos ou alcalino-terrosos. Por exemplo, o óxido de sódio - Na 2 O pode reagir com a água, resultando na formação de hidróxidos quimicamente agressivos - álcalis. No entanto, a principal propriedade química dos óxidos básicos é a interação com ácidos orgânicos ou inorgânicos. Acompanha a formação de sal e água. Se adicionarmos ácido clorídrico ao óxido de cobre em pó branco, encontramos uma solução verde-azulada de cloreto de cobre:

CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H2O

O aquecimento de hidróxidos insolúveis sólidos é outra forma importante de produção de óxidos básicos:

Ca (OH) 2 → CaO + H 2 O

Condições: 520-580 ° C

Em nosso artigo, examinamos as propriedades mais importantes dos compostos binários com oxigênio, bem como métodos para a produção de óxidos em laboratório e indústria.

1. Oxidação de substâncias simples com oxigênio (combustão de substâncias simples):

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

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

O método não é aplicável para a produção de óxidos de metais alcalinos, porque quando oxidados, os metais alcalinos geralmente não dão óxidos, mas peróxidos (Na 2 O 2, K 2 O 2).

Não oxidado pelo oxigênio atmosférico metais nobres, por exemplo, Au, Ag, Pt.

2. Oxidação de substâncias complexas (sais de alguns ácidos e compostos de hidrogênio de não metais):

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

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

3. Decomposição de hidróxidos (bases e ácidos contendo oxigênio) no aquecimento:

Cu (OH) 2 CuO + H 2 O

H 2 SO 3 SO 2 + H 2 O

Você não pode usar este método para obter óxidos de metais alcalinos, uma vez que a decomposição dos álcalis ocorre em temperaturas muito altas.

4. Decomposição de alguns sais de ácidos contendo oxigênio:

CaCO 3 CaO + CO 2

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

Deve-se ter em mente que os sais de metais alcalinos não se decompõem quando aquecidos para formar óxidos.

1.1.7. Âmbitos de óxidos.

Vários minerais naturais são óxidos (ver Tabela 7) e são usados \u200b\u200bcomo matéria-prima de minério para obter os metais correspondentes.

Por exemplo:

Bauxita A1 2 O 3 nH 2 O.

Hematita Fe 2 O 3.

Magnetita FeO · Fe 2 O 3.

Cassiterita SnO 2.

Pirolusita MnO 2.

Rutilo TiO 2.

Corindo Mineral (A1 2 O 3) possuindo grande dureza, é utilizado como material abrasivo. Seus cristais transparentes, vermelhos e azuis representam joias - rubi e safira.

Cal viva (CaO)obtido por calcinação de calcário (CaCO 3), é amplamente utilizado na construção, agricultura e como reagente para fluidos de perfuração.

Óxidos de ferro (Fe 2 O 3, Fe 3 O 4) são usados \u200b\u200bna perfuração de poços de petróleo e gás como agentes de ponderação e neutralizantes de sulfeto de hidrogênio.

Óxido de silício (IV) (SiO 2) na forma de areia de quartzo, é amplamente utilizada para a produção de vidro, cimento e esmaltes, para jateamento de superfícies de metais, hidrojateamento e fraturamento hidráulico em poços de petróleo e gás. Na forma das menores partículas esféricas (aerossol), é utilizado como um antiespumante eficaz para fluidos de perfuração e enchimento na produção de artigos industriais de borracha (borracha branca).

Vários óxidos (A1 2 O 3, Cr 2 O 3, V 2 O 5, CuO, NO) são usados \u200b\u200bcomo catalisadores nas indústrias químicas modernas.

Por ser um dos principais produtos da combustão do carvão, petróleo e derivados do petróleo, o dióxido de carbono (CO 2), quando injetado nas formações produtivas, contribui para o aumento da sua recuperação de petróleo. O CO 2 também é usado para encher extintores de incêndio e bebidas carbonatadas.

Os óxidos formados durante a violação dos modos de combustão do combustível (NO, CO) ou durante a combustão do combustível sulfuroso (SO 2) são produtos que poluem a atmosfera. A produção moderna, assim como o transporte, proporcionam um controle estrito sobre o teor de tais óxidos e sua neutralização,

Óxidos de nitrogênio (NO, NO 2) e enxofre (SO 2, SO 3) são produtos intermediários na produção em larga escala de ácidos nítrico (HNO 3) e sulfúrico (H 2 SO 4).

Óxidos de cromo (Cr 2 O 3) e chumbo (2PbO · PbO 2 - chumbo vermelho) são usados \u200b\u200bpara a produção de compostos de tintas anticorrosivas.

Questões de autoavaliação sobre óxidos

1. Quais são as principais classes de todos os compostos inorgânicos?

2. O que são óxidos?

3. Que tipos de óxidos você conhece?

4. Quais óxidos não formam sal (indiferentes)?

5. Dê as definições: a) óxido básico, b) óxido ácido,

c) óxido anfotérico.

6. Que elementos formam os óxidos básicos?

7. Que elementos formam óxidos ácidos?

8. Escreva as fórmulas de alguns óxidos anfotéricos.

9. Como os nomes dos óxidos são compostos pelos óxidos?

10. Cite os seguintes óxidos: Cu 2 O, FeO, Al 2 O 3, Mn 2 O 7, SO 2.

11. Desenhe graficamente as fórmulas dos seguintes óxidos: a) óxido de sódio, b) óxido de cálcio, c) óxido de alumínio, d) óxido de enxofre (1V), e) óxido de manganês (VII). Indique sua natureza.

12. Escreva as fórmulas dos óxidos superiores dos elementos dos períodos II e III. Nomeie-os. Como o caráter químico dos óxidos do período II e III muda?

13. Quais são as propriedades químicas de a) óxidos básicos, b) óxidos ácidos, d) óxidos anfotéricos?

14. Quais óxidos reagem com a água? Dar exemplos.

15. Comprove a anfotericidade dos seguintes óxidos: a) óxido de berílio, b) óxido de zinco, c) óxido de estanho (IV).

16. Que métodos de obtenção de óxidos você conhece?

17. Escreva as equações de reação para obter os seguintes óxidos por todos os métodos conhecidos: a) óxido de zinco, b) óxido de cobre (II), c) óxido de silício (1V).

18. Cite algumas das aplicações de óxidos.

1.2. Fundações

As fundações são chamadas substancias químicasdecompor (dissociar) em uma solução aquosa (ou em um fundido) em íons metálicos carregados positivamente e íons hidroxila carregados negativamente (Definição de Arrhenius):

hidróxido de sódio cátion íon hidróxido de sódio

Os motivos são substâncias complexasformada durante a hidratação de óxidos básicos.

Por exemplo:

Na 2 O + H2O \u003d NaOH - hidróxido de sódio

BaO + H2O \u003d Ba (OH) 2 - hidróxido de bário

1. Oxidação de substâncias simples com oxigênio (combustão de substâncias simples):

2 Mg + O 2 \u003d 2MgSOBRE

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

O método não é aplicável para a produção de óxidos de metais alcalinos, porque quando oxidados, os metais alcalinos geralmente não dão óxidos, mas peróxidos (N / D 2 O 2 , K 2 O 2 ) .

Metais nobres não são oxidados pelo oxigênio atmosférico, por exemplo, Evocê, Eg, Rt.

2. Oxidação de substâncias complexas (sais de alguns ácidos e compostos de hidrogênio de não metais):

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

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

3. Decomposição de hidróxidos (bases e ácidos contendo oxigênio) no aquecimento:

A PARTIR DEvocê(ELE) 2 A PARTIR DEvocêO + H 2 SOBRE

H 2 TÃO 3 TÃO 2 + H 2 O

Você não pode usar este método para obter óxidos de metais alcalinos, uma vez que a decomposição dos álcalis ocorre em temperaturas muito altas.

4. Decomposição de alguns sais de ácidos contendo oxigênio:

CaCO 3 CaO + CO 2

2Pb(NÃO 3 ) 2 2PbO + 4NÃO 2 + O 2

Deve-se ter em mente que os sais de metais alcalinos não se decompõem quando aquecidos para formar óxidos.

1.1.7. Âmbitos de óxidos.

Vários minerais naturais são óxidos (ver Tabela 7) e são usados \u200b\u200bcomo matérias-primas para a produção dos metais correspondentes.

Por exemplo:

Bauxita A1 2 O 3 · nH 2 O.

HematitaFe 2 O 3 .

MagnetitaFeOFe 2 O 3 .

CassiteritaSnO 2 .

Pirolusita Mnão 2 .

Rutile TeuSOBRE 2 .

Corindo Mineral (A1 2 O 3 ) possuindo grande dureza, é utilizado como material abrasivo. Seus cristais transparentes, vermelhos e azuis são pedras preciosas - rubi e safira.

Cal viva (CaO) obtido por calcinação de calcário (CaCO 3 ) , encontra ampla aplicação na construção, agricultura e como reagente para fluidos de perfuração.

Óxidos de ferro (Fe 2 SOBRE 3 , Fe 3 SOBRE 4 ) são usados \u200b\u200bna perfuração de poços de petróleo e gás como agentes de ponderação e neutralizantes de sulfeto de hidrogênio.

Óxido de silício (IV) (SiO 2 ) na forma de areia de quartzo, é amplamente utilizada para a produção de vidro, cimento e esmaltes, para jateamento de superfícies de metais, perfuração com jato de água e fraturamento hidráulico em poços de petróleo e gás. Na forma das menores partículas esféricas (aerossol), é usado como um antiespumante eficaz de fluidos de perfuração e enchimento na fabricação de produtos industriais de borracha (borracha branca).

Vários óxidos (A1 2 O 3 , Cr 2 O 3 , V 2 O 5 , A PARTIR DEvocêSOBRE,NSOBRE) são usados \u200b\u200bcomo catalisadores nas indústrias químicas modernas.

O dióxido de carbono (CO 2), que é um dos principais produtos da combustão do carvão, óleo e derivados do petróleo, quando injetado nas formações produtivas, contribui para o aumento da recuperação do óleo. O CO 2 também é usado para encher extintores de incêndio e bebidas carbonatadas.

Os óxidos formados durante a violação dos modos de combustão do combustível (NO, CO) ou durante a combustão do combustível sulfuroso (SO 2) são produtos que poluem a atmosfera. A produção moderna, assim como o transporte, proporcionam um controle estrito sobre o teor de tais óxidos e sua neutralização,

Óxidos de nitrogênio (NO, NO 2) e enxofre (SO 2, SO 3) são produtos intermediários na produção em larga escala de ácidos nítrico (HNO 3) e sulfúrico (H 2 SO 4).

Óxidos de cromo (Cr 2 O 3) e chumbo (2PbO · PbO 2 - chumbo vermelho) são usados \u200b\u200bpara a produção de compostos de tintas anticorrosivas.

Óxidossão chamadas substâncias complexas, cujas moléculas incluem átomos de oxigênio no estado de oxidação - 2 e algum outro elemento.

pode ser obtido por interação direta de oxigênio com outro elemento, e indiretamente (por exemplo, por decomposição de sais, bases, ácidos). Em condições normais, os óxidos encontram-se nos estados sólido, líquido e gasoso, sendo este tipo de composto muito comum na natureza. Os óxidos são encontrados na crosta terrestre. Ferrugem, areia, água, dióxido de carbono são óxidos.

Eles são formadores de sal e não formadores de sal.

Óxidos formadores de sal- são óxidos que, como resultado reações químicas formar sais. São óxidos de metais e não metais que, ao interagir com a água, formam os ácidos correspondentes e, ao interagir com as bases, formam os correspondentes sais ácidos e normais. Por exemplo, o óxido de cobre (CuO) é um óxido formador de sal, pois, por exemplo, ao interagir com o ácido clorídrico (HCl), forma-se um sal:

CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O.

Como resultado de reações químicas, outros sais podem ser obtidos:

CuO + SO 3 → CuSO 4.

Óxidos não formadores de sal tais óxidos são chamados de que não formam sais. Um exemplo é CO, N 2 O, NO.

Os óxidos formadores de sal, por sua vez, são de 3 tipos: básicos (da palavra « base » ), ácido e anfotérico.

Óxidos básicostais óxidos metálicos são chamados, que correspondem aos hidróxidos pertencentes à classe das bases. Os óxidos básicos incluem, por exemplo, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, etc.

Propriedades químicas de óxidos básicos

1. Óxidos básicos solúveis em água reagem com água para formar bases:

Na2O + H2O → 2NaOH.

2. Reage com óxidos ácidos, formando os sais correspondentes

Na 2 O + SO 3 → Na 2 SO 4.

3. Reaja com ácidos para formar sal e água:

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O.

4. Reaja com óxidos anfotéricos:

Li 2 O + Al 2 O 3 → 2LiAlO 2.

Se na composição dos óxidos como o segundo elemento houver um não-metal ou um metal exibindo maior valência (geralmente de IV a VII), então tais óxidos serão ácidos. Os óxidos ácidos (anidridos ácidos) são aqueles óxidos que correspondem aos hidróxidos pertencentes à classe dos ácidos. Estes são, por exemplo, CO 2, SO 3, P 2 O 5, N 2 O 3, Cl 2 O 5, Mn 2 O 7, etc. Os óxidos ácidos se dissolvem em água e álcalis para formar sal e água.

Propriedades químicas de óxidos de ácido

1. Interaja com a água, formando ácido:

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4.

Mas nem todos os óxidos ácidos reagem diretamente com a água (SiO 2, etc.).

2. Reaja com óxidos de base para formar sal:

CO 2 + CaO → CaCO 3

3. Interaja com álcalis, formando sal e água:

CO 2 + Ba (OH) 2 → BaCO 3 + H 2 O.

Parte óxido anfotéricoinclui um elemento que possui propriedades anfotéricas. A anfotericidade é entendida como a capacidade dos compostos de exibir propriedades ácidas e básicas, dependendo das condições.Por exemplo, o óxido de zinco ZnO pode ser uma base e um ácido (Zn (OH) 2 e H 2 ZnO 2). A anfotericidade é expressa pelo fato de que, dependendo das condições, os óxidos anfotéricos apresentam propriedades básicas ou ácidas.

Propriedades químicas dos óxidos anfotéricos

1. Interage com ácidos, formando sal e água:

ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O.

2. Reagir com álcalis sólidos (quando da fusão), formando como resultado do sal de reação - zincato de sódio e água:

ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O.

Quando o óxido de zinco interage com uma solução alcalina (o mesmo NaOH), ocorre outra reação:

ZnO + 2 NaOH + H2O \u003d\u003e Na2.

O número de coordenação é uma característica que determina o número das partículas mais próximas: átomos ou inov em uma molécula ou cristal. Cada metal anfotérico tem seu próprio número de coordenação. Para Be e Zn é 4; Para e, Al é 4 ou 6; Para e, Cr é 6 ou (muito raramente) 4;

Os óxidos anfotéricos geralmente não se dissolvem na água e não reagem com ela.

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