Látky, které tvoří základ našeho fyzického světa, se skládají z různých typů chemických prvků. Čtyři z nich jsou nejčastější. Jsou to vodík, uhlík, dusík a kyslík. Poslední prvek se může vázat s částicemi kovů nebo nekovů a vytvářet binární sloučeniny - oxidy. V našem článku budeme studovat nejdůležitější metody získávání oxidů v laboratoři a průmyslu. Zvažte také jejich základní fyzikální a chemické vlastnosti.
Stav souhrnu
Oxidy, neboli oxidy, existují ve třech skupenstvích: plynné, kapalné a pevné. Například do první skupiny patří tak dobře známé a v přírodě rozšířené sloučeniny jako oxid uhličitý - CO2, oxid uhelnatý - CO, oxid siřičitý - SO2 a další. V kapalné fázi jsou oxidy jako voda - H2O, anhydrid kyseliny sírové - SO3, oxid dusnatý - N 2 O3. ÚčtenkaOxidy, které jsme jmenovali, lze vyrobit v laboratoři, ale oxid uhelnatý a oxid sírový se vyrábí i komerčně. To je způsobeno použitím těchto sloučenin v technologických cyklech tavení železa a výroby síranových kyselin. Oxid uhelnatý se používá k redukci železa z rudy a anhydrid kyseliny sírové se rozpouští v síranové kyselině a těží se oleum.
Klasifikace oxidů
Existuje několik typů látek obsahujících kyslík, které se skládají ze dvou prvků. Chemické vlastnosti a metody získávání oxidů budou záviset na tom, do které z uvedených skupin látka patří. Například oxid uhličitý, což je kyselý oxid, se získává přímou kombinací uhlíku s kyslíkem, při provádění tvrdé oxidační reakce. Oxid uhličitý se může také uvolňovat při výměně solí kyseliny uhličité a silných anorganických kyselin:
HCl + Na2CO3=2NaCl + H2O + CO 2
Jaký druh reakce je charakteristickým znakem oxidů kyselin? Toto je jejich interakce s alkáliemi:
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H 2O
Amfoterní a nesólotvorné oxidy
Indiferentní oxidy, jako je CO nebo N2O, nejsou schopny reakcí vedoucích k tvorbě solí. Na druhou stranu většina kyselých oxidů může reagovat s vodou za vzniku kyselin. To však u oxidu křemičitého není možné. Je účelné získat kyselinu křemičitou nepřímo.způsob: z křemičitanů reagujících se silnými kyselinami. Amfoterní budou takové binární sloučeniny s kyslíkem, které jsou schopné reakce jak s alkáliemi, tak s kyselinami. Do této skupiny zařadíme následující sloučeniny - jedná se o známé oxidy hliníku a zinku.
Získávání oxidů síry
Síra ve svých sloučeninách s kyslíkem vykazuje různé mocenství. Takže v oxidu siřičitém, jehož vzorec je SO2, je čtyřmocný. V laboratoři vzniká oxid siřičitý reakcí mezi síranovou kyselinou a hydrogensiřičitanem sodným, jehož rovnice je
NaHSO3 + H2SO4 → NaHSO4 + SO2 + H2O
Další způsob, jak extrahovat SO2 je redoxní proces mezi mědí a vysokou koncentrací síranové kyseliny. Třetí laboratorní metodou výroby oxidů síry je spalování výfukových plynů vzorku jednoduché sirné látky:
Cu + 2H2SO4=CuSO4 + SO 2 + 2H2O
V průmyslu lze oxid siřičitý získat spalováním minerálů obsahujících síru zinek nebo olovo a také spalováním pyritu FeS2. Oxid siřičitý získaný touto metodou se používá pro extrakci oxidu sírového SO3 a dále - sulfátové kyseliny. Oxid siřičitý se s jinými látkami chová jako oxid s kyselými vlastnostmi. Například jeho interakce s vodou vede ke vzniku sulfitové kyseliny H2SO3:
SO2 + H2O=H2SO 3
Tato reakce je vratná. Stupeň disociace kyseliny je nízký, takže sloučenina je klasifikována jako slabý elektrolyt a samotná kyselina siřičitá může existovat pouze ve vodném roztoku. Vždy jsou v něm přítomny molekuly oxidu siřičitého, které dodávají látce štiplavý zápach. Reakční směs je ve stavu stejné koncentrace reaktantů a produktů, které lze posunout změnou podmínek. Když se tedy do roztoku přidá alkálie, reakce bude probíhat zleva doprava. Pokud je oxid siřičitý z reakční koule odstraněn zahřátím nebo profouknutím směsí plynného dusíku, dynamická rovnováha se posune doleva.
Anhydrid kyseliny sírové
Pokračujme v úvahách o vlastnostech a metodách získávání oxidů síry. Při spalování oxidu siřičitého vzniká oxid, ve kterém má síra oxidační stav +6. Je to oxid sírový. Směs je v kapalné fázi, rychle tvrdne ve formě krystalů při teplotách pod 16 °C. Krystalická látka může být reprezentována několika alotropními modifikacemi, které se liší strukturou krystalové mřížky a body tání. Anhydrid kyseliny sírové vykazuje vlastnosti redukčního činidla. Při interakci s vodou vytváří aerosol síranové kyseliny, proto se v průmyslu H2SO4 vyrábí rozpuštěním anhydridu kyseliny sírové v koncentrovaném síranu kyselina. V důsledku toho se tvoří oleum. Přidáním vody k tomu získáte roztok kyseliny sírové.
Bazické oxidy
Po studiu vlastností a produkce oxidůsíra, patřící do skupiny kyselých binárních sloučenin s kyslíkem, považujeme za kyslíkaté sloučeniny kovových prvků.
Bazické oxidy mohou být určeny takovým znakem, jako je přítomnost kovových částic hlavních podskupin první nebo druhé skupiny periodického systému v molekulách. Jsou klasifikovány jako alkalické nebo alkalické zeminy. Například oxid sodný - Na2O může reagovat s vodou, což má za následek vznik chemicky agresivních hydroxidů - alkálií. Hlavní chemickou vlastností bazických oxidů je však interakce s organickými nebo anorganickými kyselinami. Souvisí to s tvorbou soli a vody. Přidáme-li kyselinu chlorovodíkovou do bílého práškového oxidu měďnatého, objevíme modrozelený roztok chloridu měďnatého:
CuO + 2HCl=CuCl2 + H2O
Zahřívání pevných nerozpustných hydroxidů je dalším důležitým způsobem, jak získat zásadité oxidy:
Ca(OH)2 → CaO + H2O
Podmínky: 520-580°C.
V našem článku jsme zkoumali nejdůležitější vlastnosti binárních sloučenin s kyslíkem a také metody získávání oxidů v laboratoři a průmyslu.
