Οξείδια

Τα οξείδια περιέχουν τουλάχιστον ένα άλλο στοιχείο και ένα άτομο οξυγόνου. Τα οξείδια μετάλλων συνήθως περιλαμβάνουν ένα ανιόν οξυγόνου στην κατάσταση 2. Η πλειονότητα του φλοιού της Γης αποτελείται από στερεά οξείδια, τα οποία σχηματίζονται όταν το οξυγόνο οξειδώνει στοιχεία που βρίσκονται στον αέρα ή το νερό. Η καύση υδρογονανθράκων (CO2) παράγει CO και CO2. Ακόμη και τα καθαρά στοιχεία αποκτούν επικαλύψεις οξειδίου. Για παράδειγμα, το φύλλο αλουμινίου δημιουργεί μια λεπτή επίστρωση Al2O3 που το προστατεύει από περαιτέρω διάβρωση.

Τα οξείδια ταξινομούνται ανάλογα με το σθένος ή την ικανότητά τους να συνδυάζονται με άλλο στοιχείο. Με βάση το σθένος, τα οξείδια ταξινομούνται σε απλά και μικτά οξείδια.

Απλά οξείδια

Τα απλά οξείδια είναι ενώσεις μετάλλου-οξυγόνου ή ημιμετάλλου-οξυγόνου. Τα απλά οξείδια περιέχουν άτομα που επιτρέπονται από το κανονικό σθένος του στοιχείου ή του μετάλλου.

Μικτά οξείδια

Ο συνδυασμός απλών οξειδίων παράγει μικτά οξείδια. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ίδιο μέταλλο ή ένα διαφορετικό μέταλλο για να δημιουργήσετε αυτόν τον συνδυασμό απλών οξειδίων.

Οξείδια μετάλλων

Τα οξείδια μετάλλων είναι κρυσταλλικά στερεά που περιέχουν ανιόν οξειδίου και μεταλλικό κατιόν και συνήθως αντιδρούν με νερό ή οξέα σε δημιουργούν βάσεις ή άλατα. Τα μέταλλα αλκαλίων και τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών παράγουν τρεις τύπους δυαδικών ενώσεων οξυγόνου:οξείδια (O2−), υπεροξείδια (O22−), που περιλαμβάνουν μονοπολικούς δεσμούς οξυγόνου-οξυγόνου και υπεροξείδια (O2-), που έχουν μονοπολικούς μονοπολικούς δεσμούς οξυγόνου-οξυγόνου. αλλά χαμηλότερο αρνητικό φορτίο από τα ιόντα υπεροξειδίου.

Τα αλκαλικά μέταλλα παράγουν οξείδια (M2O), υπεροξείδια (M2O2) και υπεροξείδια (MO2). Το M αναφέρεται στο άτομο μετάλλου. Τα μόνα οξείδια μετάλλων της γης που υπάρχουν είναι το Mo και το MO2. Θερμάνετε το νιτρικό μέταλλο με το στοιχειακό μέταλλο για να σχηματιστούν όλα τα οξείδια αλκαλιμετάλλων.

2MNO3 + 10M + θερμότητα → 6M2O + N2. Η παρασκευή οξειδίων αλκαλικών γαιών απαιτεί θέρμανση ανθρακικών μετάλλων.

MCO3 + θερμότητα → MO + CO2.

Τα ιοντικά οξείδια μετάλλων αλκαλίων καθώς και τα οξείδια μετάλλων αλκαλικών γαιών αντιδρούν με το νερό για να δημιουργήσουν διαλύματα υδροξειδίου μετάλλων.

M2O + H2O → 2MOH (M =μέταλλο ομάδας 1)

MO + H2O → M(OH)2 (M =μέταλλο ομάδας 2)

Είναι βασικά οξείδια. Σε τυπικές αντιδράσεις οξέος-βάσης, αντιδρούν με οξέα για να σχηματίσουν άλατα και νερό, όπως M2O + 2HCl → 2MCl + H2O (Μ =μέταλλο της ομάδας 1).

Αυτές είναι επίσης γνωστές ως αντιδράσεις εξουδετέρωσης. Το οξείδιο του μαγνησίου (MgO) που χρησιμοποιείται στα πυρότουβλα και τη θερμομόνωση και το οξείδιο του ασβεστίου (CaO) που χρησιμοποιείται στην κατασκευή χάλυβα και τον καθαρισμό του νερού είναι τα δύο πιο σημαντικά βασικά οξείδια.

Οι επιστήμονες μελέτησαν διεξοδικά τις περιοδικές τάσεις των οξειδίων. Όσον αφορά την οξεοβασική φύση τους, τα οξείδια μπορεί να ποικίλλουν από πολύ βασικά έως ασθενώς βασικά, αμφοτερικά, ασθενώς όξινα και έντονα όξινα. Η οξύτητα αυξάνεται με τον αριθμό οξείδωσης του στοιχείου. Για παράδειγμα, το MnO (με κατάσταση οξείδωσης +2) είναι το λιγότερο όξινο από τα πέντε οξείδια του μαγγανίου, ενώ το Mn2O7 (Mn7+) είναι το πιο όξινο. Οι ιοντικές ενώσεις έχουν αριθμούς οξείδωσης +1, +2 και +3 είναι οξείδια μετάλλων μεταπτώσεως.  

Οξείδια μετάλλων μεταπτώσεως με αριθμούς οξείδωσης +4, +5, +6 και +7 περιέχουν ομοιοπολικό μέταλλο -δεσμούς οξυγόνου και συμπεριφέρονται ως ομοιοπολικές ενώσεις. Τα ιοντικά οξείδια μετάλλων μετάπτωσης είναι γενικά βασικά.

Θα αντιδράσουν με υδατικά οξέα για να δημιουργήσουν διαλύματα αλατιού και νερού, όπως 

CoO + 2H3O+ → Co2+ + 3H2O. Τα όξινα +5, +6 και +7 οξείδια αντιδρούν με διαλύματα υδροξειδίου για να δημιουργήσουν άλατα και νερό, όπως στο CrO3 + 2OH– → CrO42− + H2O. Τα οξείδια με τιμές οξείδωσης +4 είναι συχνά αμφοτερικά (από το ελληνικό αμφοτέρος, «και στις δύο κατευθύνσεις»), τα οποία μπορεί να λειτουργούν ως οξέα ή βάσεις. Τα αμφοτερικά οξείδια διαλύονται τόσο σε όξινα όσο και σε βασικά διαλύματα. Για παράδειγμα, το οξείδιο του βαναδίου (VO2) διαλύεται σε οξύ για να σχηματίσει [VO]2+ και στη βάση για να παράγει [V4O9]2-. Ο αμφοτερισμός στην κύρια ομάδα οξειδίων εμφανίζεται κυρίως με μεταλλοειδή στοιχεία ή γειτονικά στοιχεία. 

Οξείδια μη μετάλλων

Τα μη μέταλλα συνδυάζονται με το οξυγόνο για να παράγουν ομοιοπολικά οξείδια που αντιδρούν με το νερό και δημιουργούν οξέα ή βάσεις. Τα περισσότερα οξείδια μη μετάλλων είναι όξινα, σχηματίζοντας οξυοξέα που παράγουν ιόντα H3O+ στο νερό. Η συμπεριφορά των όξινων οξειδίων συνοψίζεται σε δύο γενικές δηλώσεις. Πρώτον, τα οξείδια όπως το SO3 και το N2O5 είναι ανυδρίτες οξέος. Αυτά τα οξείδια αντιδρούν με το νερό για να σχηματίσουν οξυοξέα, διατηρώντας τον αριθμό οξείδωσης του μη μετάλλου. 2HNO3 + N2O5 Δεύτερον, τα οξείδια μετάλλων με χαμηλό αριθμό οξείδωσης, όπως το NO2 και το ClO2, αντιδρούν με το νερό. Το αμέταλλο οξειδώνεται και ανάγεται σε αυτές τις αντιδράσεις (δηλαδή, ο αριθμός οξείδωσής του αυξάνεται και μειώνεται, αντίστοιχα). Μια αντίδραση δυσαναλογίας συμβαίνει όταν οξειδώνεται και ανάγεται το ίδιο στοιχείο. Μειώστε το N4+ σε N2+ (σε NO) και οξειδώστε σε N5+ στην ακόλουθη διαδικασία δυσαναλογίας (HNO3).

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO 

Οξείδια του αζώτου

Το άζωτο (N) δημιουργεί οξείδια με θετικούς αριθμούς οξείδωσης από +1 έως +5. Όταν θερμαίνουμε το νιτρικό αμμώνιο (NH4NO3), δημιουργείται υποξείδιο του αζώτου (N2O). Αυτό το άχρωμο αέριο είναι αναισθητικό για μικρές επεμβάσεις στην οδοντιατρική. Είναι ευρέως γνωστό ως αέριο γέλιου για τη μεθυστική του επίδραση και χρησιμοποιείται επίσης ευρέως σε δοχεία αεροζόλ σαντιγί. Πολλές διαδικασίες παράγουν μονοξείδιο του αζώτου (NO). Κατά τη διάρκεια καταιγίδων, η άμεση ανάμειξη αζώτου και οξυγόνου σχηματίζει μονοξείδιο του αζώτου, το οποίο θερμαίνει τα δύο στοιχεία μαζί. 

Η εμπορική καύση αμμωνίας (NH3) παράγει μονοξείδιο του αζώτου, αλλά μειώνοντας το αραιό νιτρικό οξύ (HNO3) με χαλκό το δημιουργεί και ένα εργαστήριο.

Για παράδειγμα, 

(Cu). 3Cu + 8HNO3 → 2NO + 3Cu (NO3)2+4H2O.

Το αέριο μονοξείδιο του αζώτου είναι το πιο θερμικά σταθερό οξείδιο του αζώτου και το πιο απλό γνωστό θερμικά σταθερό παραμαγνητικό (μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο) μόριο . Βρίσκεται στη ρύπανση που παράγεται από κινητήρες εσωτερικής καύσης όταν το άζωτο και το οξυγόνο στον αέρα αντιδρούν κατά την καύση. Το μονοξείδιο του αζώτου είναι ένα άχρωμο διατομικό αέριο σε θερμοκρασία δωματίου και λόγω του μη ζευγαρωμένου ηλεκτρονίου, δύο μόρια μπορεί να συνδυαστούν για να σχηματίσουν ένα διμερές. 2NO ⇌ N2O2 ως αποτέλεσμα, το υγρό μονοξείδιο του αζώτου είναι μερικώς διμερισμένο και το στερεό περιέχει μόνο διμερή.

Μετά την ψύξη του συνδυασμού νιτρικού οξειδίου και διοξειδίου του αζώτου (NO2) στους -21°C (-6 °F), τα αέρια συνδυάζονται για να σχηματίσουν τριοξείδιο του αζώτου, ένα μπλε υγρό που αποτελείται από μόρια N2O3. Αυτό το μόριο είναι αποκλειστικά υγρό ή στερεό. Όταν θερμαίνεται, σχηματίζει ΝΟ2 και ΝΟ. Η εμπορική οξείδωση του ΝΟ με τον αέρα παράγει διοξείδιο του αζώτου, το οποίο παράγεται επίσης στο εργαστήριο με θέρμανση ενός νιτρικού βαρέος μετάλλου, όπως στο 2Pb(NO3)2 + θερμότητα → 2PbO + 4NO2 + O2, ή με την προσθήκη χαλκού σε πυκνό νιτρικό οξύ. Το διοξείδιο του αζώτου είναι παραμαγνητικό όπως το μονοξείδιο του αζώτου και το ασύζευκτο ηλεκτρόνιό του του δίνει χρώμα και διμερισμό. Το NO2 είναι σκούρο καφέ σε χαμηλές πιέσεις και υψηλές θερμοκρασίες, αλλά οι διμερισμοί παράγουν τετροξείδιο του αζώτου, N2O4. Σε τυπική θερμοκρασία, και τα δύο μόρια βρίσκονται σε ισορροπία. 2NO2 ⇌ N2O4.

Συμπέρασμα

Τα οξείδια είναι μια ευρεία και σημαντική οικογένεια χημικών ενώσεων που αποτελείται από οξυγόνο και ένα άλλο στοιχείο. Τα οξείδια μετάλλων είναι κατιόντα μετάλλων και ένα ανιόν οξειδίου (O2) που αντιδρούν με το νερό για να παράγουν βάσεις ή οξέα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αλάτων. Τα μη μεταλλικά οξείδια είναι πτητικές ενώσεις που σχηματίζουν έναν ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ του οξυγόνου και του αμέταλλου. αντιδρούν με το νερό για να σχηματίσουν οξέα ή με βάσεις για να σχηματίσουν άλατα. Το αλουμίνιο και ο ψευδάργυρος, για παράδειγμα, παράγουν αμφοτερικά οξείδια, τα οποία συνδυάζονται με οξέα και βάσεις για να δημιουργήσουν άλατα. Ορισμένες οργανικές ενώσεις παράγουν οξείδια όταν το άτομο οξυγόνου στο οργανικό μόριο σχηματίζει έναν ομοιοπολικό δεσμό με ένα άτομο φωσφόρου (οξείδια φωσφίνης), αζώτου (αμινοξείδια) ή θείου (σουλφοξείδια).