Tlenki

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Tlenkinieorganiczne związki chemiczne, zbudowane z tlenu i innego pierwiastka chemicznego. Powstają w wyniku reakcji pierwiastków z tlenem (utlenianie, spalanie) oraz rozkładu związków zawierających tlen. Najbardziej rozpowszechnionymi tlenkami są: woda (H2O), krzemionka, czyli główny składnik piasku kwarcowego (SiO2), dwutlenek węgla (CO2).

W chemii organicznej tlenkami określane są epitlenki, czyli związki, w których sąsiadujące atomy węgla oprócz wiązania węgiel-węgiel połączone są też mostkiem tlenowym tworząc pierścień trójczłonowy.

Tlenki nieorganiczne są omówione w dalszej części artykułu.

Właściwości tlenków[edytuj | edytuj kod]

Właściwości fizyczne[edytuj | edytuj kod]

Tlenki mają bardzo różne własności fizyczne, które zależą od pierwiastka łączącego z tlenem: od substancji stałych o bardzo wysokich temperaturach topnienia (tlenek wolframu), przez ciecze (woda), po gazy (podtlenek azotu). Większość tlenków metali ma podobny, biały bądź szary kolor bez połysku, jednak znanych jest też wiele tlenków barwnych, np. czarny tlenek żelaza(II), czerwono-brązowy tlenek żelaza(III) (rdza), jaskrawoczerwony lub żółty tlenek rtęci(II) bądź zielony tlenek chromu(III) i in.

Zmiana barwy tlenku wraz ze zmianą stopnia utlenienia metalu
Tlenek ołowiu(II)
PbO
Tlenek ołowiu(II i IV)
Pb3O4
Tlenek ołowiu(IV)
PbO2
Lead monoxide.jpg Red lead.jpg Lead dioxide.jpg

Właściwości chemiczne[edytuj | edytuj kod]

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:
  • 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

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)[1]

Tlenek manganu(VII), Mn2O7, z wodą tworzy kwas nadmanganowy (HMnO4), a z zasadami sole, nadmanganiany (zawierające anion MnO4)

Mn2O7 + H2O → 2HMnO4
Mn2O7 + 2KOH → 2KMnO4 + H2O

Nazewnictwo tlenków[edytuj | edytuj kod]

Do tworzenia nazw tlenków zazwyczaj stosuje się nomenklaturę konstytucyjną, w której stechiometrię związku oddaje się np. za pomocą przedrostków zwielokrotniających lub liczb Stocka (stopni utlenienia), np.

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).

Wartościowość atomu,
z którym łączy się tlen
Stosunek liczby
atomu do tlenu
Przykłady
−I 1:2 OF2 (tylko)
I 2:1 Li2O, Ag2O
II 1:1 CaO, MnO
III 2:3 Cr2O3, Al2O3
IV 1:2 CO2, TiO2
V 2:5 N2O5, V2O5
VI 1:3 CrO3, SO3
VII 2:7 Mn2O7, Cl2O7
VIII 1:4 OsO4 RuO4
Tlenki mieszane różnie Fe3O4 = FeO·Fe2O3
Mn3O4 = MnO·Mn2O3

Otrzymywanie tlenków[edytuj | edytuj kod]

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

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.

Kwasowo-zasadowy charakter tlenków nieorganicznych[edytuj | edytuj kod]

Reaktywność tlenków z wodą, kwasem i zasadą
Przykładowe reakcje oznaczone są numerami i zamieszczone pod tabelą
Charakterystyka Tlenki kwasowe Tlenki zasadowe Tlenki amfoteryczne Al2O3, ZnO Tlenki obojętne CO , NO
Tlenki kwasowe, np. CO2, SO3 Tlenki o charakterze kwasowym np.: SiO2 Tlenki zasadowe, np. K2O, CaO, MgO Tlenki o charakterze zasadowym, np. MnO
Reakcja z wodą tak (1) nie tak (2) nie nie nie
Reakcja z kwasem nie tak (3) tylko z mocnym kwasem (5) nie
Reakcja z zasadą tak (4) nie tylko z mocną zasadą (6) nie

(1) Tlenki większości niemetali w reakcji z wodą tworzą kwasy:

CO2 + H2O → H2CO3
SO3 + H2O → H2SO4

(2) 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

(3) Tlenki zasadowe reagują z kwasami:

CaO + 2HCN → Ca(CN)2 + H2O
K2O + 2HNO2 → 2KNO2 + H2O

(4) Tlenki kwasowe reagują z zasadami:

Cl2O7 + 2NaOH → 2NaClO4 + H2O
CO2 + 2LiOH → Li2CO3 + H2O

(5) i (6) Tlenki amfoteryczne mają właściwości kwasowe lub zasadowe w zależności od środowiska, w którym się znajdują. Np. tlenek glinu bądź tlenek cynku reaguje

(5) z mocnymi kwasami:
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
ZnO + 2HMnO4 → Zn(MnO4)2 + H2O
(6) oraz z mocnymi zasadami:
Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6]
ZnO + Sr(OH)2 + H2O → Sr[Zn(OH)4]

Podtlenki, nadtlenki, ponadtlenki i ozonki[edytuj | edytuj kod]

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 na Ziemi[edytuj | edytuj kod]

Ważniejsze tlenki nieorganiczne[edytuj | edytuj kod]

Do najbardziej znanych tlenków zaliczyć można:

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Wyd. VII, Warszawa: Państwowe Wydaw. Naukowe, 1981, s. 585. ISBN 83-01-02626-X