Związki binarne tlenu z pierwiastkami niemetalicznymi to duża grupa substancji zaliczanych do klasy tlenków. Wiele tlenków niemetali jest dobrze znanych każdemu. Są to np. dwutlenek węgla, woda, dwutlenek azotu. W naszym artykule rozważymy ich właściwości, poznamy zakres związków dwuskładnikowych oraz ich wpływ na środowisko.
Charakterystyka ogólna
Prawie wszystkie pierwiastki niemetaliczne, z wyjątkiem fluoru, argonu, neonu i helu, mogą tworzyć tlenki. Większość pierwiastków ma wiele tlenków. Na przykład siarka tworzy dwa związki: dwutlenek siarki i bezwodnik siarkowy. Są to substancje, w których wartościowość siarki wynosi odpowiednio cztery i sześć. Wodór i bor mają tylko po jednym tlenku, a azot ma największą liczbę substancji binarnych z tlenem. Wyższe tlenki to te, w których stopień utlenienia atomu niemetalu jest równy liczbie grupy, w której pierwiastek znajduje się w układzie okresowym. Tak więc CO2 i SO3 są wyższymi tlenkami węgla i siarki. Niektóre połączeniamoże ulegać dalszemu utlenianiu. Na przykład tlenek węgla w tym przypadku zamienia się w dwutlenek węgla.
Struktura i właściwości fizyczne
Praktycznie wszystkie znane tlenki niemetali składają się z cząsteczek, pomiędzy atomami których tworzą się wiązania kowalencyjne. Same cząsteczki substancji mogą być polarne (na przykład w dwutlenku siarki) lub niepolarne (cząsteczki dwutlenku węgla). Dwutlenek krzemu, który jest naturalną formą piasku, ma budowę atomową. Stan agregacji wielu tlenków kwasowych może być różny. Tak więc tlenki węgla, takie jak tlenek węgla i dwutlenek węgla, są gazowe, a dwuskładnikowe związki tlenu z wodorem (H2O) lub siarką są w najwyższym stopniu utlenienia (SO 3 ) to ciecze. Cechą wody jest to, że tlenek nie tworzy soli. Nazywa się je również obojętnymi.
Trójtlenek siarki lub bezwodnik siarkowy to krystaliczna biała substancja. Szybko wchłania wilgoć z powietrza, dzięki czemu dwutlenek siarki jest przechowywany w zamkniętych szklanych kolbach. Substancja stosowana jest jako osuszacz powietrza oraz do produkcji kwasu siarczanowego. Tlenki fosforu lub krzemu to stałe substancje krystaliczne. Wzajemna przemiana stanu skupienia jest charakterystyczna dla tlenków azotu. Tak więc związek NO2 jest brązowym gazem, a związek o wzorze N2O4 ma bezbarwną ciecz lub białą substancję stałą. Po podgrzaniu ciecz zamienia się w gaz, a po schłodzeniu,tworzenie się fazy ciekłej.
Interakcja z wodą
Znane są reakcje tlenków kwasowych z wodą. Produktami reakcji będą odpowiednie kwasy:
SO3 + H2O=H2SO 4 – kwas siarczanowy
Obejmują one oddziaływanie pięciotlenku fosforu, a także dwutlenku siarki, azotu i węgla z cząsteczkami H2O. Jednak tlenek krzemu nie reaguje bezpośrednio z wodą. W celu uzyskania kwasu krzemianowego stosuje się metodę pośrednią. Najpierw SiO2 jest skondensowany z zasadą, taką jak wodorotlenek sodu. Otrzymaną sól średnią, krzemian sodu, traktuje się mocnym kwasem, takim jak chlorek.
Wynikiem jest biały galaretowaty osad kwasu krzemowego. Dwutlenek krzemu może reagować z solami po podgrzaniu, tworząc lotne tlenki kwasowe. Tlenki kwasowe obejmują kilka związków azotu, siarki i fosforu, które są głównymi czynnikami przyczyniającymi się do zanieczyszczenia powietrza. Oddziałują z wilgocią atmosferyczną, co prowadzi do powstawania kwasu siarkowego, azotanowego i azotawego. Ich cząsteczki wraz z deszczem lub śniegiem opadają na rośliny i glebę. Kwaśne opady nie tylko szkodzą uprawom, zmniejszając ich plony, ale także negatywnie wpływają na zdrowie człowieka. Niszczą budowle z wapienia lub marmuru, powodują korozję konstrukcji metalowych.
Tlenki obojętne
Tlenki kwasowe to grupa związków, które nie mogą reagować ani z kwasami, ani z zasadami i nie tworząSól. Wszystkie powyższe związki nie odpowiadają ani kwasom, ani zasadom, to znaczy nie tworzą soli. Takich połączeń jest niewiele. Na przykład są to tlenek węgla, podtlenek azotu i jego tlenek – NO. Wraz z dwutlenkiem azotu i dwutlenkiem siarki bierze udział w tworzeniu smogu nad dużymi przedsiębiorstwami przemysłowymi i miastami. Tworzeniu się toksycznych tlenków można zapobiec, obniżając temperaturę spalania paliwa.
Interakcja z alkaliami
Zdolność do reagowania z zasadami jest ważną cechą tlenków kwasowych. Na przykład, gdy wodorotlenek sodu i trójtlenek siarki reagują, powstaje sól (siarczan sodu) i woda:
SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H 2O
Dwutlenek azotu należy do tlenków kwasowych. Jego ciekawą cechą jest reakcja z alkaliami, w produktach występują dwa rodzaje soli: azotany i azotyny. Wynika to ze zdolności tlenku azotu (IV) podczas interakcji z wodą do tworzenia dwóch kwasów – azotowego i azotowego. Dwutlenek siarki oddziałuje również z alkaliami, tworząc w ten sposób średnie sole - siarczyny, a także wodę. Mieszanka dostając się do powietrza silnie ją zanieczyszcza, dlatego w zakładach stosujących paliwo z domieszką SO2 spaliny przemysłowe oczyszcza się poprzez natryskiwanie w nie wapna palonego lub kredy. Dwutlenek siarki można również przepuścić przez wodę wapienną lub roztwór siarczynu sodu.
Rola dwuskładnikowych związków tlenowych pierwiastków niemetalicznych
Wiele tlenków kwasowychmają ogromne znaczenie praktyczne. Na przykład dwutlenek węgla jest używany w gaśnicach, ponieważ nie wspomaga spalania. Tlenek krzemu – piasek, ma szerokie zastosowanie w budownictwie. Tlenek węgla jest surowcem do produkcji alkoholu metylowego. Pięciotlenek fosforu jest tlenkiem kwasowym. Substancja ta jest wykorzystywana do produkcji kwasu fosforowego.
Binarne związki tlenu niemetali wpływają na organizm ludzki. Większość z nich jest toksyczna. O szkodliwych skutkach tlenku węgla rozmawialiśmy wcześniej. Udowodniono również negatywny wpływ tlenków azotu, zwłaszcza dwutlenku azotu, na układ oddechowy i sercowo-naczyniowy. Tlenki kwasowe obejmują dwutlenek węgla, który nie jest uważany za substancję toksyczną. Ale jeśli jego udział objętościowy w powietrzu przekracza 0,25%, u osoby pojawiają się objawy uduszenia, które może być śmiertelne z powodu zatrzymania oddechu.
W naszym artykule zbadaliśmy właściwości tlenków kwasowych i podaliśmy przykłady ich praktycznego znaczenia w życiu człowieka.
