TLENKI: NAZEWNICTWO, RODZAJE, WŁAŚCIWOŚCI I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Te tlenki są rodziną związków binarnych, gdzie oddziaływanie pomiędzy elementem i tlenu. Tak więc tlenek ma bardzo ogólny wzór typu EO, w którym E jest dowolnym pierwiastkiem.

W zależności od wielu czynników, takich jak elektroniczna natura E, jego promień jonowy i wartościowości, mogą tworzyć się różne typy tlenków. Niektóre są bardzo proste, a inne, takie jak Pb ₃ O ₄ (zwane minium, arcazón lub czerwona minia) są mieszane; to znaczy, wynikają z połączenia więcej niż jednego prostego tlenku.

Ołów czerwony, krystaliczny związek zawierający tlenek ołowiu. Źródło: BXXXD, za Wikimedia Commons

Ale złożoność tlenków może iść dalej. Istnieją mieszaniny lub struktury, w których może interweniować więcej niż jeden metal, a także proporcje nie są stechiometryczne. W przypadku Pb ₃ O ₄ stosunek Pb / O jest równy 3/4, z czego zarówno licznik, jak i mianownik są liczbami całkowitymi.

W przypadku tlenków niestechiometrycznych proporcje są liczbami dziesiętnymi. E _0,75 O _1,78 jest przykładem hipotetycznego niestechiometrycznego tlenku. Zjawisko to występuje w przypadku tzw. Tlenków metali, zwłaszcza metali przejściowych (Fe, Au, Ti, Mn, Zn itp.).

Istnieją jednak tlenki, których cechy są znacznie prostsze i zróżnicowane, takie jak charakter jonowy lub kowalencyjny. W tlenkach, w których przeważa charakter jonowy, będą one składać się z kationów E ⁺ i anionów O ^2– ; i te czysto kowalencyjne, pojedyncze wiązania (E - O) lub podwójne (E = O).

To, co decyduje o jonowym charakterze tlenku, to różnica elektroujemności między E i O. Gdy E jest metalem bardzo elektrododatnim, wówczas EO będzie miał charakter silnie jonowy. Podczas gdy jeśli E jest elektroujemny, a mianowicie niemetal, jego tlenek EO będzie kowalencyjny.

Ta właściwość definiuje wiele innych przejawianych przez tlenki, na przykład ich zdolność do tworzenia zasad lub kwasów w roztworze wodnym. Stąd pochodzą tak zwane tlenki zasadowe i kwasowe. Te, które nie zachowują się jak żadna z tych dwóch lub przeciwnie, wykazują obie cechy, to tlenki neutralne lub amfoteryczne.

Nomenklatura

Istnieją trzy sposoby na nazwanie tlenków (które mają również zastosowanie do wielu innych związków). Są one poprawne niezależnie od jonowego charakteru tlenku EO, więc ich nazwy nie mówią nic o jego właściwościach ani strukturze.

Nomenklatura systematyczna

Biorąc pod uwagę tlenki EO, E ₂ O, E ₂ O ₃ i EO ₂ , na pierwszy rzut oka nie wiadomo, co kryje się za ich wzorami chemicznymi. Jednak liczby wskazują stosunki stechiometryczne lub stosunek E / O. Od tych liczb można im nadać nazwy, nawet jeśli nie jest określone, z jaką wartościowością „działa” E.

Liczby atomów zarówno dla E, jak i O są oznaczone greckimi przedrostkami numeracyjnymi. W ten sposób mono- oznacza, że ​​jest tylko jeden atom; di-, dwa atomy; tri-, trzy atomy i tak dalej.

Tak więc nazwy poprzednich tlenków zgodnie z systematyczną nomenklaturą to:

- Monotlenek E (EO).

- tlenku z di (E ₂ O).

- Tri tlenek di E (E ₂ O ₃ ).

- Di tlenek E (EO ₂ ).

Stosując to nazewnictwo dla Pb ₃ O ₄ , czerwonego tlenku na pierwszym obrazie, otrzymujemy:

Pb ₃ O ₄ : tri ołowiu tetra tlenek .

W przypadku wielu tlenków mieszanych lub o wysokich stosunkach stechiometrycznych bardzo przydatne jest nazwanie ich według systematycznej nomenklatury.

Nazewnictwo zapasów

Walencja

Chociaż nie wiadomo, który pierwiastek jest E, stosunek E / O wystarczy, aby wiedzieć, jakiej wartościowości używasz w swoim tlenku. W jaki sposób? Zgodnie z zasadą elektroobojętności. Wymaga to, aby suma ładunków jonów w związku wynosiła zero.

Odbywa się to poprzez założenie wysokiego charakteru jonowego dowolnego tlenku. Zatem O ma ładunek -2, ponieważ jest O ^2- , a E musi wnosić n +, aby zneutralizować ujemne ładunki anionu tlenkowego.

Na przykład w EO atom E działa z wartościowością +2. Czemu? Ponieważ w przeciwnym razie nie mógłby zneutralizować ładunku -2 jedynego O. Dla E ₂ O E ma wartościowość +1, ponieważ ładunek +2 musi być podzielony między dwa atomy E.

A w E ₂ O ₃ należy najpierw obliczyć ujemne ładunki wnoszone przez O. Ponieważ jest ich trzy, to: 3 (-2) = -6. Aby zneutralizować ładunek -6, E muszą wnieść +6, ale ponieważ jest ich dwa, +6 jest dzielone przez dwa, pozostawiając E o wartości +3.

Reguła mnemoniczna

O zawsze ma wartość -2 w tlenkach (chyba że jest to nadtlenek lub ponadtlenek). Zatem mnemoniczna reguła określająca wartościowość E polega po prostu na uwzględnieniu liczby, która towarzyszy O. Z drugiej strony E będzie miała towarzyszącą jej liczbę 2, a jeśli nie, oznacza to, że nastąpiło uproszczenie.

Na przykład w EO wartościowość E wynosi +1, ponieważ nawet jeśli nie jest napisane, jest tylko jedno O. A dla EO ₂ , ponieważ nie ma 2 towarzyszących E, było uproszczenie i aby się pojawiło, należy pomnożyć przez 2. Zatem wzór staje się E ₂ O _4, a wartościowość E wynosi wtedy +4.

Jednak zasada ta zawodzi w przypadku niektórych tlenków, takich jak Pb ₃ O ₄ . Dlatego zawsze konieczne jest wykonanie obliczeń neutralności.

Z czego to się składa

Gdy wartościowość E jest już pod ręką, nomenklatura zapasów obejmuje określenie jej w nawiasach i cyframi rzymskimi. Ze wszystkich nomenklatur jest to najprostsze i najdokładniejsze w odniesieniu do elektronicznych właściwości tlenków.

Z drugiej strony, jeśli E ma tylko jedną wartościowość (którą można znaleźć w układzie okresowym), to nie jest określona.

Tak więc dla tlenku EO, jeśli E ma wartościowość +2 i +3, nazywa się to: (nazwa E) (II) tlenek. Ale jeśli E ma tylko wartościowość +2, to jego tlenek nazywa się: tlenek (nazwa E).

Tradycyjna nomenklatura

Aby wspomnieć o nazwach tlenków, do ich łacińskich nazw należy dodać przyrostki –ico lub –oso, określające większe lub mniejsze wartościowości. W przypadku, gdy jest ich więcej niż dwa, używane są przedrostki –hipo dla najmniejszego i –per dla największego z nich.

Na przykład ołów działa z wartościowościami +2 i +4. W PbO ma wartościowość +2, więc nazywany jest: tlenkiem ołowiu. Podczas gdy PbO ₂ nazywa się: tlenkiem ołowiu.

A jak nazywa się Pb ₃ O ₄ według dwóch poprzednich nomenklatur? Nie ma imienia. Czemu? Ponieważ Pb ₃ O _{4 w} rzeczywistości składa się z mieszaniny 2; to znaczy, że czerwone ciało stałe ma podwójne stężenie PbO.

Z tego powodu niewłaściwe byłoby nadanie Pb ₃ O ₄ nazwy , która nie składa się z systematycznej nomenklatury ani popularnego slangu.

Rodzaje tlenków

W zależności od tego, która część układu okresowego E jest, a zatem jego elektroniczna natura, można utworzyć jeden lub inny rodzaj tlenku. Stąd wynika wiele kryteriów, aby przypisać im rodzaj, ale najważniejsze są te związane z ich kwasowością lub zasadowością.

Tlenki zasadowe

Tlenki zasadowe charakteryzują się tym, że są jonowe, metaliczne, a co ważniejsze, tworzą podstawowy roztwór poprzez rozpuszczenie w wodzie. Aby określić eksperymentalnie, czy tlenek jest zasadowy, należy go dodać do pojemnika z wodą i rozpuszczonym w nim uniwersalnym wskaźnikiem. Jego zabarwienie przed dodaniem tlenku musi być zielone, pH neutralne.

Jeśli po dodaniu tlenku do wody jego kolor zmieni się z zielonego na niebieski, oznacza to, że pH stało się zasadowe. Dzieje się tak, ponieważ ustanawia równowagę rozpuszczalności między utworzonym wodorotlenkiem a wodą:

EO (s) + H ₂ O (l) => E (OH) ₂ (s) <=> E ²⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Chociaż tlenek jest nierozpuszczalny w wodzie, tylko niewielka część rozpuszcza się, aby zmienić pH. Niektóre zasadowe tlenki są tak rozpuszczalne, że tworzą żrące wodorotlenki, takie jak NaOH i KOH. Oznacza to, że tlenki sodu i potasu, Na ₂ O i K ₂ O, są bardzo zasadowe. Zwróć uwagę na wartościowość +1 dla obu metali.

Tlenki kwasowe

Tlenki kwasowe charakteryzują się tym, że zawierają pierwiastek niemetaliczny, są kowalencyjne, a także tworzą kwaśne roztwory z wodą. Ponownie jego kwasowość można sprawdzić uniwersalnym wskaźnikiem. Jeśli tym razem podczas dodawania tlenku do wody jego zielony kolor zmieni się na czerwonawy, to jest to tlenek kwasu.

Jaka reakcja ma miejsce? Następny:

EO ₂ (s) + H ₂ O (l) => H ₂ EO ₃ (aq)

Przykładem tlenku kwasowego, który nie jest ciałem stałym, ale gazem, jest CO ₂ . Kiedy rozpuszcza się w wodzie, tworzy kwas węglowy:

CO ₂ (g) + H ₂ O (l) <=> H ₂ CO ₃ (aq)

Podobnie CO ₂ nie składa się z anionów O ² i kationów C4 ⁺ , ale raczej cząsteczkę utworzoną przez wiązania kowalencyjne: O = C = O. Jest to prawdopodobnie jedna z największych różnic między zasadowymi tlenkami i kwasami.

Tlenki obojętne

Tlenki te nie zmieniają zielonego koloru wody przy obojętnym pH; to znaczy nie tworzą wodorotlenków ani kwasów w roztworze wodnym. Niektóre z nich to: N ₂ O, NO i CO. Podobnie jak CO, mają wiązania kowalencyjne, co można zilustrować strukturami Lewisa lub dowolną teorią wiązania.

Tlenki amfoteryczne

Inny sposób klasyfikacji tlenków zależy od tego, czy reagują z kwasem. Woda jest bardzo słabym kwasem (a także zasadą), więc tlenki amfoteryczne nie wykazują „swoich dwóch twarzy”. Tlenki te charakteryzują się reakcją zarówno z kwasami, jak i zasadami.

Na przykład tlenek glinu jest tlenkiem amfoterycznym. Poniższe dwa równania chemiczne przedstawiają jego reakcję z kwasami lub zasadami:

Al ₂ O ₃ (s) + 3H ₂ SO ₄ (aq) => Al ₂ (SO ₄ ) ₃ (aq) + 3H ₂ O (l)

Al ₂ O ₃ (s) + 2NaOH (aq) + 3H ₂ O (l) => 2NaAl (OH) ₄ (aq)

Al ₂ (SO ₄ ) ₃ to sól siarczanu glinu, a NaAl (OH) _{4 to} złożona sól zwana tetrahydroksoglinianem sodu.

Tlenek wodoru, H ₂ O (woda), jest również amfoteryczny, o czym świadczy jego równowaga jonizacyjna:

H ₂ O (l) <=> H ₃ O ⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Tlenki mieszane

Tlenki mieszane to takie, które składają się z mieszaniny jednego lub więcej tlenków w tej samej substancji stałej. Przykładem jest Pb ₃ O ₄ . Magnetyt, Fe ₃ O ₄ , jest również kolejnym przykładem mieszanego tlenku. Fe ₃ O ₄ to mieszanina FeO i Fe ₂ O ₃ w proporcjach 1: 1 (w przeciwieństwie do Pb ₃ O ₄ ).

Mieszaniny mogą być bardziej złożone, tworząc w ten sposób bogatą różnorodność minerałów tlenkowych.

Nieruchomości

Właściwości tlenków zależą od ich rodzaju. Tlenki mogą być jonowe (E ^{n +} O ^2- ), jak CaO (Ca ²⁺ O ^2– ) lub kowalencyjne, jak SO ₂ , O = S = O.

Z tego faktu oraz z tendencji pierwiastków do reagowania z kwasami lub zasadami wynika, że ​​każdy tlenek ma szereg właściwości.

Powyższe znajduje również odzwierciedlenie we właściwościach fizycznych, takich jak temperatura topnienia i wrzenia. Tlenki jonowe mają tendencję do tworzenia struktur krystalicznych, które są bardzo odporne na ciepło, więc ich temperatury topnienia są wysokie (powyżej 1000ºC), podczas gdy kowalenty topią się w niskich temperaturach lub są nawet gazami lub cieczami.

Jak powstają?

Źródło: Pete przez Flickr

Tlenki powstają, gdy pierwiastki reagują z tlenem. Ta reakcja może wystąpić przy prostym kontakcie z atmosferami bogatymi w tlen lub wymaga ciepła (takiego jak jaśniejszy płomień). Oznacza to, że spalając przedmiot reaguje z tlenem (o ile jest obecny w powietrzu).

Jeśli na przykład weźmiesz kawałek fosforu i umieścisz go w płomieniu, spali się i utworzy odpowiedni tlenek:

4 P (s) + 5O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

Podczas tego procesu niektóre ciała stałe, takie jak wapń, mogą palić się jasnym, kolorowym płomieniem.

Innym przykładem jest spalanie drewna lub dowolnej substancji organicznej zawierającej węgiel:

C (s) + O ₂ (g) => CO ₂ (g)

Ale jeśli nie ma wystarczającej ilości tlenu, zamiast CO ₂ powstaje CO :

C (s) + 1 / 2O ₂ (g) => CO (g)

Zwróć uwagę, jak stosunek C / O służy do opisu różnych tlenków.

Przykłady tlenków

Źródło: Yikrazuul, źródło Wikimedia Commons

Górny obraz odpowiada strukturze kowalencyjnego tlenku I ₂ O ₅ , najbardziej stabilnego, który tworzy jod. Zwróć uwagę na ich pojedyncze i podwójne wiązania, a także formalne ładunki I i tlenu po ich bokach.

Tlenki halogenu są kowalencyjne i wysoce reaktywne, podobnie jak O ₂ F ₂ (FOOF) i OF ₂ (FOF). Na przykład dwutlenek chloru, ClO ₂ , jest jedynym tlenkiem chloru syntetyzowanym na skalę przemysłową.

Ponieważ halogeny tworzą kowalencyjne tlenki, ich „hipotetyczne” wartościowości są obliczane w ten sam sposób zgodnie z zasadą elektroobojętności.

Tlenki metali przejściowych

Oprócz tlenków halogenu istnieją tlenki metali przejściowych:

-CoO: tlenek kobaltu (II); tlenek kobaltu; u tlenku kobaltu.

-HgO: tlenek rtęci (II); tlenek rtęci; u tlenku rtęci.

-Ag ₂ O: tlenek srebra; tlenek srebra; lub monotlenek diplate.

-Au ₂ O ₃ : tlenek złota (III); tlenek aury; lub trójtlenek dior.

Dodatkowe przykłady

-B ₂ O ₃ : tlenek boru; tlenek boru; lub trójtlenek diboronu.

Cl ₂ O ₇ : tlenku chloru (VII); tlenek nadchlorowy; dichloro heptoxide.

-NO: tlenek azotu (II); Tlenek azotu; tlenek azotu.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Tlenki metali i niemetali. Zaczerpnięte z: chem.uiuc.edu
3. Bezpłatna chemia online. (2018). Tlenki i ozon. Zaczerpnięte z: freechemistryonline.com
4. Toppr. (2018). Proste tlenki. Zaczerpnięte z: toppr.com
5. Steven S. Zumdahl. (7 maja 2018). Tlenek. Encyclopediae Britannica. Zaczerpnięte z: britannica.com
6. Chemistry LibreTexts. (24 kwietnia 2018). Tlenki. Zaczerpnięte z: chem.libretexts.org
7. Quimicas.net (2018). Przykłady tlenków. Odzyskany z: quimicas.net