Tlenki, nadtlenki, ponadnadtlenki Budowa tlenków i nazewnictwo, Otrzymywanie tlenków, Właściwości fizyczne tlenków, Właściwości chemiczne tlenków

Tlenki – budowa i nazewnictwo Tlenki – dwuskładnikowe związki tlenu z innymi pierwiastkami z wyjątkiem fluoru o ogólnym wzorze: E2Om, gdzie 2 to wartościowość (stopień utlenienia tlenu), m wartościowość (stopień utlenienia pierwiastka), jeżeli m = 2 to ogólny wzór tlenku przyjmuje postać EO Nazwy systematyczne w systemie Stocka: jeżeli dany pierwiastek występuje w tlenkach na różnych wartościowościach (stopniach utlenienia), to w nazwie należy podać wartościowość – stopień utlenienia: - Na2O – tlenek sodu, - CaO – tlenek wapnia, - Al2O3 – tlenek glinu

Tlenki – budowa i nazewnictwo cd Nazewnictwo tlenków cd: - N2O – tlenek azotu(I) - NO – tlenek azotu(II) - N2O3 – tlenek azotu(III) - NO2 (N2O4) – tlenek azotu(IV) - N2O5 – tlenek azotu(V) Nazewnictwo tlenków mieszanych / podwójnych (pierwiastki w cząsteczce występują na różnych stopniach utlenienia (na różnych wartościowościach) - Fe3O4 [FeOFe2O3] – tlenek żelaza(II) dwużelaza(III) - Pb3O4 [(PbO)2PbO2] – tlenek dwuołowiu(II) ołowiu(IV)

Tlenki – budowa i nazewnictwo cd Tlenki grupy 1 u.o.p. chem. E2O Tlenki grupy 2 u.o.p. chem.EO Nadtlenki – t przyjmuje wartościowość I (stopień utl. –I) Li2O – tl. litu Na2O – tl. sodu K2O – tl. potasu BeO – tlenek berylu MgO – tlenek magnezu CaO – tlenek wapnia H2O2 – nadtlenek wodoru Na2O2 – nadtlenek sodu BaO2 – nadtlenek baru (wiązanie między atomami tlenu – mostek tlenowy) Li+2[O]2- Be = O H – O – O – H Ba2+[O2]2-

Tlenki – budowa i nazewnictwo cd Ponadnadtlenki tlen przyjmuje wartościowość 1/2 (stopień utl. -1/2) Ponadnatlenki tworzą litowce z wyjątkiem litu: KO2 – ponadnadtlenek potasu, RbO2 – ponadnadtlenek rubidu, CsO2 – ponadnadtlenek cezu. K+[O – O*]- * wolny elektron (jon O2-)

Otrzymywanie tlenków Synteza z pierwiastków (reakcje spalania): 2 H2 + O2  2 H2O 2 Mg + O2 2 MgO 2 C +O2  2 CO C + O2  CO2 S + O2  SO2 4 Al + 3 O2  2 Al2O3 4 P + 3 O2  2 P2O3 (P4O6) 4 P + 5 O2  2 P2O5 (P4O10) Utlenianie tlenków: 2 SO2 + O2  2 SO3 (w obecności katalizatora V2O5) 2 CO + O2  2 CO2 2 NO + O2  2 NO2 (N2O4) (w obecności katalizatora Pt)

Otrzymywanie tlenków cd Spalanie niektórych związków nieorganicznych: 2 H2S + 3 O2  2 H2O + 2 SO2 4 NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O 4 FeS2 + 11 O2  2 Fe2O3 + 8 SO2 Spalanie związków organicznych: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O Termiczny rozkład wodorotlenków / dehydratacja – eliminacja wody konstytucyjnej: 2 Fe(OH)3  Fe2O3 + 3 H2O Cu(OH)2  CuO + H2O 2 AgOH  Ag2O + H2O

Otrzymywanie tlenków cd Wypieranie tlenków kwasowych z soli przez mocne kwasy: Na2CO3 + 2 HCl  2 NaCl + CO2 + H2O Na2SO3 + H2SO4 Na2SO4 + SO2 + SO2 Termiczny rozkład soli niektórych kwasów tlenowych (głownie kwasu węglowego): 2 KMnO4  K2MnO4 + MnO2 + O2 MgCO3  MgO + CO2 Szczególne przypadki: 3 CH2=CH2 + 2 KMnO4 + 4 H2O  3 CH2(OH)-CH2(OH) + 2 MnO2 + 2 KOH 3 Na2SO3 + 2 KMnO4 + H2O  3 Na2SO4 + 2 MnO2 + + 2 KOH

Właściwości fizyczne tlenków Tlenki metali: większość tlenków metali jest związkami jonowymi, sieć krystaliczna zawiera kationy metali i aniony tlenkowe O2-, w stanie stopionym przewodzą prąd elektryczny, nie rozpuszczają się wodzie z wyjątkiem tlenków litowców i wapniowców, które reagują z wodą gwałtownie dając wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie – zasady (wodorotlenek wapniowa rozpuszcza się stosunkowo słabo, jednak jest silną zasadą) tlenki metali ciężkich są barwne: F2O3 – brunatnordzawy, HgO – czerwony, Cr2O3 – zielony, CuO – czarny, TiO2, ZnO, MgO – białe, PbO – żółty odm. rombowa lub czerwony odm tetragonalna

Właściwości fizyczne tlenków cd Tlenki niemetali: związki kowalencyjne lub związki o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych, stan skupienia (warunki standardowe): - gazy (CO, CO2, N2O4, NO, ClO2, N2O, SO2, ); - ciecze (H2O, N2O3, Cl2O6); - ciała stałe (N2O5, SO3 (lub ciecz), SiO2, P4O10), tlenki zestalone tworzą kryształy cząsteczkowe (molekularne) o niewielkiej twardości i niskich temp. topnienia.

Podział tlenków ze względu na charakter chemiczny Tlenki ze względu na właściwości chemiczne dzieli się na 4 grupy: kwasowe (reagują z zasadami a w reakcji z wodą dają kwasy), zasadowe (reagują z kwasami a w reakcji z wodą dają zasady), amfoteryczne ( reagują z kwasami i silnymi zasadami), obojętne (nie reagują z kwasami ani zasadami i wodą, mogą rozpuszczać się w wodzie na zasadzie rozpuszczalności fizycznej).

Podział tlenków ze względu na charakter chemiczny cd. Tlenki reagujące z wodą Tlenki kwasowe Tlenki zasadowe Tlenki amfoteryczne Niemetali: SO2, NO2, P3O6, P4O10, CO2, N2O3, N2O3, SO3, ClO2, Cl2O6 Metali :litowców Me2O i magnezowców MeO Półmetali : As2O3 Metali: CrO3, Mn2O7 Metali: V2O5

Podział tlenków ze względu na charakter chemiczny cd. Tlenki reagujące z wodą Tlenki kwasowe Tlenki zasadowe Tlenki amfoteryczne Niemetali: SO2, NO2, P3O6, P4O10, CO2, N2O3, N2O3, SO3, ClO2, Cl2O6 Metali :litowców Me2O i berylowców MeO Półmetali : As2O3 Metali: CrO3, Mn2O7 Metali: V2O5 Tlenki niereagujące z wodą Tlenki obojętne Metali: BeO, ZnO, Al2O3, Cr2O3, MnO2, Metali: CuO, NiO, Bi2O3 Metali: MnO3 CO, NO, N2O, SiO Półmetali: GeO2 Niemetali: SiO2

Tlenki zasadowe Reakcje z wodą: Li2O + H2O  2 LiOH N2O2 + 2 H2O  2 NaOH + H2O2 CaO + H2O  Ca(OH)2 Reakcje z kwasami: CuO + 2HCl  CuCl2 + H2O 3 CaO + H3PO4  Ca3(PO4)2 + 3 H2O K2O + H2CO3  K2CO3 + H2O CrO + H2SO4  CrSO4 + H2O MnO + 2HNO3  Mn(NO3)2 + 2H2O

Tlenki kwasowe Reakcje z wodą: N2O3 + H2O  2 HNO2 N2O4 + H2O  HNO2 + HNO3 N2O5 + H2O  2 HNO3 SO2 + H2O  H2SO3 SO3 + H2O  H2SO4 SO3 + H2SO4  H2S2O7 P4O6 + 6 H2O  4 H3PO3 P4O10 + 6 H2O  4 H3PO4 Mn2O7 + H2O  2 HMnO4 CrO3 + H2O  H2CrO4

Tlenki kwasowe – cd. Reakcje z zasadami: Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O 2 NaOH + ClO2  NaClO + NaClO2 + H2O 2 KOH + Cl2O6  KClO3 + KClO4 + H2O 2NaOH + SiO2  Na2SiO3 + H2O Reakcja z tlenkami zasadowymi: Na2O + SiO2  Na2SiO3 CaO + CO2  CaCO3

Tlenki amfoteryczne Reakcje z roztworami mocnych zasad: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2[Al(OH)4]- + 2Na+ Al2O3 + 6NaOH + 3H2O  2[Al(OH)6]3- + 6Na+ ZnO + KOH + H2O  [Zn(OH)3]- + K+ ZnO + 2 KOH + H2O  [Zn(OH)4]2- + 2 K+ Reakcje z kwasami: Al2O3 + 6 HCl  2 AlCl3 + 3H2O ZnO + H2SO4  ZnSO4 + H2O