Окись
Оксид химическое ( / ˈ ɒ k s aɪ d / ) представляет собой соединение, содержащее по крайней мере один кислорода атом и еще один элемент [ 1 ] в его химической формуле . «Оксид» сам - это Дианион (анион, несущий чистый заряд –2) кислорода, o 2– ион с кислородом в состоянии окисления -2. Большая часть земной коры состоит из оксидов. Даже материалы, рассматриваемые чистыми элементами, часто развивают оксидное покрытие. Например, алюминиевая фольга развивает тонкую кожу Al 2 O 3 (называемый пассивирующим слоем ), который защищает фольгу от дальнейшего окисления . [ 2 ]
Стехиометрия
[ редактировать ]Оксиды чрезвычайно разнообразны с точки зрения стехиометрии (измеримая взаимосвязь между реагентами и химическими уравнениями уравнения или реакции) и с точки зрения структур каждой стехиометрии. Большинство элементов образуют оксиды более одной стехиометрии. Хорошо известным примером является угарный газ и углекислый газ . [ 2 ] Это относится к бинарным оксидам, то есть соединениям, содержащим только оксид и другой элемент. Гораздо чаще, чем бинарные оксиды, являются оксидами более сложных стехиометрий. Такая сложность может возникнуть путем введения других катионов (положительно заряженного иона, то есть один, который будет привлечен к катоду в электролизе) или других анионов (отрицательно заряженный ион). Железный силикат , Fe 2 SIO 4 , минеральный фаялит , является одним из многих примеров тройного оксида. Для многих оксидов металлов существуют возможности полиморфизма и неайхиометрии. [ 3 ] Например, коммерчески важные диоксиды титана существуют в трех различных структурах. Многие оксиды металлов существуют в различных нестехиометрических состояниях. Многие молекулярные оксиды существуют и с различными лигандами. [ 4 ]
Для простоты большая часть этой статьи фокусируется на бинарных оксидах.
Формация
[ редактировать ]Оксиды связаны со всеми элементами, кроме нескольких благородных газов. Пути для формирования этого разнообразного семейства соединений соответственно многочисленны.
Металлические оксиды
[ редактировать ]Многие оксиды металлов возникают из -за разложения других металлических соединений, например, карбонатов, гидроксидов и нитратов. При изготовлении оксида кальция карбонат кальция (известняк) разрушается при нагревании, высвобождая углекислый газ: [ 2 ]
Реакция элементов с кислородом в воздухе является ключевым шагом в коррозии, относящейся к коммерческому использованию железа, особенно. Почти все элементы образуют оксиды при нагревании кислородной атмосферой. Например, порошок цинка будет гореть в воздухе, чтобы получить оксид цинка: [ 5 ]
Производство металлов из руд часто включает в себя производство оксидов путем обжародной (нагревательной) металлической сульфидной минералов в воздухе. Таким образом, MOS 2 ( молибденит ) преобразуется в триоксид молибдена , предшественник практически всех соединений молибдена: [ 6 ]
Благородные металлы (такие как золото и платина ) ценятся, потому что они сопротивляются прямой химической комбинации с кислородом. [ 2 ]
Нереталлические оксиды
[ редактировать ]Важными и распространенными неметальными оксидами являются диоксид углерода и угарный газ . Эти виды образуются при полном или частичном окислении углерода или углеводородов. С дефицитом кислорода производится монооксид: [ 2 ]
При избытке кислорода диоксид является продуктом, путь проходит посредством промежуточной монооксида углерода:
Элементарный азот ( N 2 ) трудно преобразовать в оксиды, но сжигание аммиака дает оксид азота, который в дальнейшем реагирует с кислородом:
Эти реакции практикуются в производстве азотной кислоты , товарного химического вещества. [ 7 ]
Химическое вещество, произведенное в крупнейшем масштабе промышленности, является серной кислотой . Он производится путем окисления серы до диоксида серы , который отдельно окисляется до триоксида серы : [ 8 ]
Наконец, триоксид превращается в серную кислоту реакцией гидратации :
Структура
[ редактировать ]Оксиды имеют ряд структур, от отдельных молекул до полимерных и кристаллических структур. В стандартных условиях оксиды могут варьироваться от твердых веществ до газов. Твердые оксиды металлов обычно имеют полимерные структуры в условиях окружающей среды. [ 9 ]
Молекулярные оксиды
[ редактировать ]- Некоторые важные газообразные оксиды
-
Углекислый газ является основным продуктом сжигания ископаемого топлива. -
Окись углерода является продуктом неполного сжигания топлива на основе углерода и предшественника многих полезных химических веществ. -
Диоксид азота является проблемным загрязняющим веществом из двигателей внутреннего сгорания. -
Диоксид серы , основной оксид серы , испускается из вулканов. -
Оксид азота («смех газа») - это мощный парниковой газ, производимый почвенными бактериями.
Хотя большинство оксидов металлов являются кристаллическими твердыми веществами, многие неметаллические оксиды являются молекулами. Примерами молекулярных оксидов являются диоксид углерода и угарный газ . Все простые оксиды азота являются молекулярными, например, нет, n 2 O, № 2 и N 2 O 4 . Фосфор пентоксид является более сложным молекулярным оксидом с обманчивым названием, реальной формулой является P 4 O 10 . Тетроксиды встречаются редко, с несколькими более распространенными примерами являются тетроксид рутения , тетроксид осмия и ксенон тетроксид . [ 2 ]
Реакция
[ редактировать ]Снижение
[ редактировать ]Сокращение оксида металла до металла практикуется в больших масштабах в производстве некоторых металлов. Многие оксиды металлов превращаются в металлы просто путем нагрева (см. Тепловое разложение ). Например, оксид серебра разлагается при 200 ° C: [ 10 ]
Однако чаще всего оксиды металлов снижаются химическим реагентом. Обычным и дешевым восстановительным агентом является углерод в форме колы . Наиболее заметным примером является пример плавки железной руды . Многие реакции задействованы, но упрощенное уравнение обычно показано как: [ 2 ]
Некоторые оксиды металлов растворяются в присутствии восстановительных агентов, которые могут включать органические соединения. Редактивное растворение оксидов железа является неотъемлемой частью геохимических явлений, таких как цикл железа . [ 11 ]
Гидролиз и растворение
[ редактировать ]Поскольку связи МО, как правило, сильны, оксиды металлов имеют тенденцию быть нерастворимыми в растворителях, хотя на них могут атаковаться водными кислотами и основаниями. [ 2 ]
Растворение оксидов часто дает оксианионы . Добавление водной основы к P 4 O 10 дает различные фосфаты . Добавление водной основы к MOO 3 дает полиоксометалаты . Оксикации реже, некоторые примеры - нитрозоний ( НЕТ + ), ванадил ( VO 2+ ) и уранил ( UO 2+ 2 ). Конечно, многие соединения известны как с оксидами, так и с другими группами. В органической химии они включают кетоны и многие связанные карбонильные соединения. Для переходных металлов многие ослабленные комплексы известны как оксигалиды . [ 2 ]
Номенклатура и формулы
[ редактировать ]Химические формулы оксидов химических элементов в их высшем уровне окисления предсказуемы и получены из количества валентных электронов для этого элемента. Даже химическая формула O 4 , Tetraoxygen , предсказуем в качестве элемента группы 16 . Единственным исключением является медь , для которой самая высокая оксида окисления - оксид меди (II) , а не оксид меди (i) . Другим исключением является фторид , которого не существует, как можно было бы ожидать - как F 2 O 7 - но с 2 . [ 12 ]
Смотрите также
[ редактировать ]
- Другие ионы кислорода озонид , O - 3 , супероксид , O - 2 , пероксид , O 2–2 и диоксигенил , O + 2 .
- Субоксид
- Оксогалы
- Оксинион
- Сложный оксид
- См. Категория: Оксиды для списка оксидов.
- Соль
- Влажные электроны
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хейн, Моррис; Арена, Сьюзен (2006). Основы химии колледжа (12 -е изд.). Уайли. ISBN 978-0-471-74153-4 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Гринвуд, NN; & Earnshaw, A. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хейнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .
- ^ CNR Rao, B. Razeau (1995). Оксиды переходных металлов . Нью -Йорк: VCH. ISBN 1-56081-647-3 .
- ^ Roesky, Herbert W.; Хайдук, Ионель; Hosmane, Narayan S. (2003). «Органометаллические оксиды основных групповых и переходных элементов, сокращающихся неорганические твердые вещества до мелких молекулярных фрагментов». Химический Преподобный 103 (7): 2579–2596. doi : 10.1021/cr020376q . PMID 12848580 .
- ^ Граф, Гюнтер Г. (2000). "Цинк" Энциклопедия doi : 10.1002/ 14366007.a28_5 ISBN 3-527-30673-0 .
- ^ Роджер Ф. Себеник; и др. (2005). «Соединения молибдена и молибдена». Энциклопедия промышленной химии Уллмана . Вейнхайм: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a16_655 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Тиманн, Майкл; Шейблер, Эрих; Виганд, Карл Вильгельм (2000). «Азотная кислота, азота и оксиды азота». Энциклопедия промышленной химии Уллмана . Вейнхайм: Wiley-VCH. Doi : 10.1002/14356007.a17_293 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Мюллер, Германн (2000). «Серная кислота и триоксид серы». Энциклопедия промышленной химии Уллмана . Вейнхайм: Wiley-VCH. doi : 10.1002/14356007.a25_635 . ISBN 3527306730 .
- ^ Па Кокс (2010). Оксиды переходных металлов. Введение в их электронную структуру и свойства . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-958894-7 .
- ^ «Оксид серебра» .
- ^ Корнелл, RM; Schwertmann, U. (2003). Оксиды железа: структура, свойства, реакции, вхождения и использование, второе издание . п. 323. doi : 10.1002/3527602097 . ISBN 978-3-527-30274-1 .
- ^ Schultz, Emeric (2005). «Полностью эксплуатировать потенциал периодической таблицы посредством распознавания шаблонов». J. Chem. Образовательный 82 (11): 1649. Bibcode : 2005jched..82.1649s . doi : 10.1021/ed082p1649 .
