Substancje, które stanowią podstawę naszego fizycznego świata, składają się z różnych rodzajów pierwiastków chemicznych. Cztery z nich są najczęstsze. Są to wodór, węgiel, azot i tlen. Ten ostatni pierwiastek może wiązać się z cząsteczkami metali lub niemetali i tworzyć związki dwuskładnikowe - tlenki. W naszym artykule przyjrzymy się najważniejszym metodom otrzymywania tlenków w laboratorium i przemyśle. Weź również pod uwagę ich podstawowe właściwości fizyczne i chemiczne.
Stan zagregowany
Tlenki lub tlenki występują w trzech stanach: gazowym, ciekłym i stałym. Na przykład do pierwszej grupy należą tak znane i rozpowszechnione w przyrodzie związki, jak dwutlenek węgla - CO2, tlenek węgla - CO, dwutlenek siarki - SO2 i inne. W fazie ciekłej występują tlenki takie jak woda - H2O, bezwodnik siarkowy - SO3, tlenek azotu - N 2 O3. Paragon fiskalnyWymienione przez nas tlenki można wytwarzać w laboratorium, ale tlenek węgla i trójtlenek siarki są również produkowane komercyjnie. Wynika to z wykorzystania tych związków w cyklach technologicznych wytopu żelaza i produkcji kwasu siarczanowego. Tlenek węgla jest używany do redukcji żelaza z rudy, a bezwodnik siarkowy jest rozpuszczany w kwasie siarczanowym i wydobywany jest oleum.
Klasyfikacja tlenków
Istnieje kilka rodzajów substancji zawierających tlen, składających się z dwóch pierwiastków. Właściwości chemiczne i metody otrzymywania tlenków będą zależeć od tego, do której z wymienionych grup należy substancja. Na przykład dwutlenek węgla, który jest tlenkiem kwasowym, otrzymuje się przez bezpośrednie połączenie węgla z tlenem, przeprowadzając twardą reakcję utleniania. Dwutlenek węgla może być również uwalniany podczas wymiany soli kwasu węglowego i mocnych kwasów nieorganicznych:
HCl + Na2CO3=2NaCl + H2O + CO 2
Jaka reakcja jest cechą charakterystyczną tlenków kwasowych? To jest ich interakcja z alkaliami:
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H 2O
Tlenki amfoteryczne i nie tworzące soli
Obojętne tlenki, takie jak CO lub N2O, nie są zdolne do reakcji prowadzących do powstania soli. Z drugiej strony większość kwaśnych tlenków może reagować z wodą, tworząc kwasy. Nie jest to jednak możliwe w przypadku tlenku krzemu. Celowe jest pośrednie otrzymywanie kwasu krzemianowego.sposób: z krzemianów reagujących z mocnymi kwasami. Amfoteryczne będą takie związki binarne z tlenem, które są zdolne do reakcji zarówno z zasadami, jak i kwasami. Do tej grupy zaliczymy następujące związki - są to znane tlenki glinu i cynku.
Otrzymywanie tlenków siarki
W swoich związkach z tlenem siarka wykazuje różne wartościowości. Tak więc w dwutlenku siarki, którego wzór to SO2, jest on czterowartościowy. W laboratorium w reakcji kwasu siarczanowego z podsiarczynem sodu powstaje dwutlenek siarki, którego równanie to
NaHSO3 + H2SO4 → NaHSO4 + SO2 + H2O
Innym sposobem ekstrakcji SO2 jest proces redoks pomiędzy miedzią a kwasem siarczanowym o wysokim stężeniu. Trzecią laboratoryjną metodą wytwarzania tlenków siarki jest spalanie spalin próbki prostej substancji siarki:
Cu + 2H2SO4=CuSO4 + SO 2 + 2H2O
W przemyśle dwutlenek siarki można uzyskać przez spalanie minerałów zawierających siarkę, cynku lub ołowiu, a także przez spalanie pirytu FeS2. Otrzymany tą metodą dwutlenek siarki służy do ekstrakcji trójtlenku siarki SO3 i dalej - kwasu siarczanowego. Dwutlenek siarki z innymi substancjami zachowuje się jak tlenek o właściwościach kwasowych. Na przykład jego interakcja z wodą prowadzi do powstania kwasu siarczynowego H2SO3:
SO2 + H2O=H2SO 3
Ta reakcja jest odwracalna. Stopień dysocjacji kwasu jest niski, dlatego związek jest klasyfikowany jako słaby elektrolit, a sam kwas siarkowy może istnieć tylko w roztworze wodnym. Zawsze obecne są w nim cząsteczki dwutlenku siarki, które nadają substancji ostry zapach. Mieszanina reagująca jest w stanie równego stężenia reagentów i produktów, które można przesuwać zmieniając warunki. Tak więc, gdy zasada zostanie dodana do roztworu, reakcja będzie przebiegać od lewej do prawej. Jeśli dwutlenek siarki zostanie usunięty ze sfery reakcyjnej przez ogrzewanie lub przedmuch mieszaniny gazowego azotu, dynamiczna równowaga przesunie się w lewo.
Bezwodnik siarkowy
Rozważmy dalej właściwości i metody otrzymywania tlenków siarki. W przypadku spalania dwutlenku siarki powstaje tlenek, w którym siarka ma stopień utlenienia +6. To trójtlenek siarki. Mieszanka znajduje się w fazie ciekłej, szybko twardnieje w postaci kryształków w temperaturach poniżej 16°C. Substancja krystaliczna może być reprezentowana przez kilka modyfikacji alotropowych, które różnią się strukturą sieci krystalicznej i temperaturami topnienia. Bezwodnik siarkowy wykazuje właściwości środka redukującego. Wchodząc w interakcję z wodą, tworzy aerozol kwasu siarczanowego, dlatego w przemyśle H2SO jest wytwarzany przez rozpuszczenie bezwodnika siarkowego w stężonym siarczanie kwas. W rezultacie powstaje oleum. Dodaj do niego wodę i uzyskaj roztwór kwasu siarkowego.
Podstawowe tlenki
Po przestudiowaniu właściwości i produkcji tlenkówsiarka, należąca do grupy dwuskładnikowych związków kwasowych z tlenem, uwzględnia związki tlenowe pierwiastków metalicznych.
Zasadowe tlenki można określić takim znakiem, jak obecność w cząsteczkach cząstek metalu głównych podgrup pierwszej lub drugiej grupy układu okresowego. Są klasyfikowane jako alkaliczne lub ziem alkalicznych. Na przykład tlenek sodu - Na2O może reagować z wodą, w wyniku czego powstają chemicznie agresywne wodorotlenki - zasady. Jednak główną właściwością chemiczną tlenków zasadowych jest oddziaływanie z kwasami organicznymi lub nieorganicznymi. Wiąże się to z tworzeniem się soli i wody. Jeśli do białego sproszkowanego tlenku miedzi dodamy kwas solny, otrzymamy niebiesko-zielony roztwór chlorku miedzi:
CuO + 2HCl=CuCl2 + H2O
Podgrzewanie stałych nierozpuszczalnych wodorotlenków to kolejny ważny sposób na uzyskanie zasadowych tlenków:
Ca(OH)2 → CaO + H2O
Warunki: 520-580°C.
W naszym artykule zbadaliśmy najważniejsze właściwości związków dwuskładnikowych z tlenem, a także metody otrzymywania tlenków w laboratorium i przemyśle.
