Właściwości i występowanie Tlenki Właściwości i występowanie

Właściwości fizyczne Tlenki metali są zazwyczaj ciałami stałymi, o wysokiej temperaturze topnienia(500 - 3000 °C), nie są rozpuszczalnie w wodzie, wyjątek stanowią tlenki litowców i berylowców. Tlenki niemetali to najczęściej gazy, rzadziej ciała stałe. Tlenki mają bardzo różne własności chemiczne i fizyczne, od prawie nie reaktywnych substancji stałych o bardzo wysokich temperaturach topnienia (np. tlenek wolframu), przez dość reaktywne ciecze (woda), po bardzo reaktywne gazy (np. podtlenek azotu).

Właściwości chemiczne Tlen w tlenkach zawsze występuje na minus drugim stopniu utleniania (-II; nie dotyczy to nadtlenków i ponadtlenków). Mają one bardzo różne własności chemiczne w zależności od elektroujemności i stopnia utlenienia pierwiastka, z którym tlen tworzy wiązanie. właściwości redukująco-utleniające: utleniacze: tlenki łatwo oddające tlen, np. tlenek rtęci(II) reduktory: tlenki łatwo utleniające się, np. tlenek węgla(II) reaktywność chemiczna tlenki reaktywne, np. tlenki metali I grupy układu okresowego, tlenki azotowców i fluorowców tlenki mało aktywne chemicznie, np. dwutlenek krzemu właściwości kwasowo-zasadowe tlenki zasadowe: reagują z kwasami dając sole, zazwyczaj alkalizują wodą (podwyższają odczyn pH) tlenki kwasowe: reagują z zasadami dając sole, zazwyczaj zakwaszają wodą tlenki amfoteryczne: reagują zarówno z kwasami, jak i z zasadami; są to głównie tlenki pierwiastków grup przejściowych i tlenki metali z grup 13–15 + berylu. tlenki obojętne: nie reagują z kwasami ani z zasadami z wytworzeniem soli; należą do nich niektóre tlenki niemetali na niskich stopniach utlenienia, np. NO i CO oraz tlenki gazów szlachetnych Mn2O7 + 2KOH → 2KMnO4 + H2O

Właściwości chemiczne cd. Jeżeli metal przejściowy tworzy tlenki na różnych stopniach utlenienia (np. mangan), właściwości kwasowe tlenku rosną wraz ze wzrostem stopnia utlenienia. Przykładowo, tlenki manganu to m.in. MnO, MnO2 lub Mn2O7: Tlenek manganu(II), MnO z kwasami daje sole zawierające kation Mn2+: MnO + H2SO4 → MnSO4 + H2O Tlenek manganu(IV), MnO2 reaguje z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami (nie reaguje z wodą): MnO2 + 4KOH + 2H2O → K4[Mn(OH)8] MnO2 + 2H2SO4 → Mn(SO4)2 + 2H2O (sole manganu(IV) są nietrwałe i otrzymywanym produktem reakcji MnO2 z kwasami są zazwyczaj związki manganu(II), np. 2MnO2 + 2H2SO4 → 2MnSO4 + O2 + 2H2O) Tlenek manganu(VII), Mn2O7, z wodą tworzy kwas manganowy(VII) (kwas nadmanganowy), a z zasadami sole, manganiany(VII) (nadmanganiany): 2Mn2O7 + H2O → 2HMnO4

W chemii organicznej… …tlenki nazywane są epitlenkami czyli związkami, w których sąsiadujące atomy węgla oprócz wiązania węgiel-węgiel połączone są też mostkiem tlenowym tworząc pierścień trójczłonowy.

Nazewnictwo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry (Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej)) zaleca stosowanie systemu Stocka. Aby nadać tlenkowi nazwę przy użyciu tego systemu używamy słowa tlenek oraz podajemy nazwę pierwiastka tworzącego dany tlenek. Dla pierwiastka, który w wiązaniu z tlenem przyjmuje tylko jedną wartościowość nie podaje się jej, lecz gdy istnieją różne wartościowości pierwiastka, w jego tlenkach należy napisać ją w nawiasie, np. K2O – tlenek potasu CaO – tlenek wapnia Sc2O3 – tlenek skandu CO – tlenek węgla(II) CO2 – tlenek węgla(IV) MnO2 – tlenek manganu(IV) Wyjątkiem są związki fluoru z tlenem, które są fluorkami (a nie tlenkami) ze względu na wyższą elektroujemność fluoru w stosunku do tlenu. Stąd związek OF2 to difluorek tlenu (a nie tlenek fluoru F2O).

Otrzymywanie 1. Bezpośrednia synteza z pierwiastków – tym sposobem można otrzymać najwięcej tlenków. 2Ba + O2 → 2BaO S + O2 → SO2 Prawie niemożliwe jest otrzymanie tlenków fluorowców poprzez ich spalanie. Jeżeli dany pierwiastek posiada różne tlenki, to zazwyczaj utlenia się do tlenku o niższej wartościowości. Natomiast podczas spalania metali alkalicznych nie otrzymuje się tlenków, lecz nadtlenki, a podczas spalania w czystym tlenie (poza litem) ponadtlenki. Podczas spalania cięższych metali alkalicznych w ozonie można otrzymać ozonki. 2. Utlenianie metali w reakcji aluminotermii: 3Fe3O4 + 8Al → 4Al2O3 + 9Fe Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr 3. Utlenianie niższych tlenków: 2CO + O2 → 2CO2 4FeO + O2 → 2Fe2O3 4. Redukcja wyższych tlenków: MnO2 + H2 → MnO + H2O Fe2O3 + C → 2FeO + CO

Otrzymywanie cd. 5. Redukcja lub rozkład nadtlenków i ponadtlenków: Na2O2 + 2Na → 2Na2O 2H2O2 → 2H2O + O2 6. Rozkład (analiza): 4MnO2 → 2Mn2O3 + O2 oraz dysproporcjonowanie niektórych tlenków: N2O3 → NO + NO2 7. Rozkład soli nietrwałych kwasów tlenowych: CaCO3 → CaO + CO2 Na2SO3 → Na2O + SO2 8. Rozkład niektórych wodorotlenków: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O Cu(OH)2 → CuO + H2O 9. Rozkład nietrwałych kwasów tlenowych: H2CO3 → CO2↑ + H2O H2SO3 → SO2↑ + H2O 10. Reakcja kwasu utleniającego z reduktorem: 3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O W niektórych przypadkach w celu otrzymania pożądanego tlenku konieczne jest użycie katalizatora np: 2SO2 + O2 —[katalizator V2O5]→ 2SO3 bądź utrzymanie specjalnych warunków otoczenia takich jak ciśnienie i temperatura.

Ważniejsze tlenki nieorganiczne H2O – tlenek wodoru, czyli woda; N2O – czyli podtlenek azotu znany jako gaz rozweselający; SO2 – czyli dwutlenek siarki obecny w spalinach przemysłowych, tworzy z wodą tzw. kwaśne deszcze; CO – tlenek węgla jest toksycznym gazem obecnym w spalinach; składnik gazu świetlnego; CO2 – dwutlenek węgla obecny w wodzie gazowanej oraz w wyziewach kominowych, spalinach; jest też jednym z gazów cieplarnianych; CaO – tlenek wapnia – czyli inaczej wapno palone; składnik zaprawy murarskiej; TiO2 – czyli dwutlenek tytanu, składnik bieli tytanowej; SiO2 – krzemionka jest przetapiana na szkło.

Pod-, ponad-, nadtlenki i ozonki Innym podziałem tlenków jest fakt występowania lub nie wiązań chemicznych tlen-tlen i inny pierwiastek – inny pierwiastek. podtlenki – zawierają wiązanie inny pierwiastek – inny pierwiastek np. N2O nadtlenki – zawierają mostki tlenowe (-O-O-) np. H2O2, Na2O2 ponadtlenki – zawierają anion O2- np. KO2 ozonki - zawierają anion O3- np. CsO3

Tlenki kwasowe Najbardziej znaną reakcją chemiczną tlenków jest reakcja z wodą, w czasie której powstają kwasy i zasady. Tlenki większości niemetali w reakcji z wodą tworzą kwasy: CO2 + H2O → H2CO3 SO3 + H2O → H2SO4 Tlenki metali alkalicznych i ziem alkalicznych (czyli litowce i berylowce bez berylu) w reakcji z wodą tworzą zasady: Na2O + H2O → 2NaOH CaO + H2O → Ca(OH)2 Tlenki zasadowe reagują z kwasami: CaO + 2HCN → Ca(CN)2 + H2O K2O + 2HNO2 → 2KNO2 + H2O Tlenki kwasowe reagują z zasadami: Cl2O7 + 2NaOH → 2NaClO4 + H2O CO2 + 2LiOH → Li2CO3 + H2O Tlenki amfoteryczne mają właściwości kwasowe lub zasadowe w zależności od środowiska, w którym się znajdują. Np. tlenek glinu bądź tlenek cynku reaguje z mocnymi kwasami: Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O ZnO + 2HMnO4 → Zn(MnO4)2 + H2O oraz z mocnymi zasadami: Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6] ZnO + Sr(OH)2 + H2O → Sr[Zn(OH)4]