Charakter chemiczny tlenków

Tlenki. Można by powiedzieć – „nic trudnego, przecież to tylko tlen i jakiś inny pierwiastek”, czy rzeczywiście tlenki to taki łatwy temat?

Niekoniecznie. Czasem te związki potrafią przysporzyć nie lada problem. Zajmiemy się dziś tlenkami od podstaw i spróbujemy zaprzyjaźnić się z tymi związkami chemicznymi.

Zacznijmy od samego tlenu i przyjrzyjmy się budowie jego atomu. W układzie okresowym pierwiastków tlen znajdziemy w 2 okresie i 16 grupie. Posiada on 8 protonów i 8 elektronów rozłożonych na 2 powłokach elektronowych w następujący sposób: 1s² 2s² 2p⁴. Mamy zatem 6 elektronów walencyjnych, więc do oktetu (8 elektronów) brakuje nam jeszcze 2. Właśnie dlatego tlen najczęściej jest II-wartościowy ( na -II stopniu utlenienia), czyli tworzy 2 wiązania sigma lub jony 2-ujemne.

Tlenkiem nazywamy związek chemiczny tlenu z innym pierwiastkiem.

Zacznijmy od wzorów sumarycznych. Jeśli zapisujemy wzór związku chemicznego składającego się z dwóch pierwiastków, to na drugim miejscu zapisujemy pierwiastek o wyższej elektroujemności. Więc zazwyczaj tlen zapisujemy na drugim miejscu we wzorze, ponieważ posiada dość wysoką elektroujemność 3,5. Jest tylko jeden wyjątek. Jeśli tlen łączy się z fluorem, wtedy to fluor ma wyższą elektroujemność i zapisujemy go na drugim miejscu. Następnie zajmujemy się wartościowościami i stosujemy klasyczną „metodę na krzyż”, a jak już wspomniałam, tlen w tlenkach zawsze jest II-wartościowy.

Tworzenie nazw tych związków chemicznych jest bardzo proste. Zapisujemy słowo „tlenek” i dodajemy jakiego metalu, np. tlenek magnezu, czy tlenek sodu. W niektórych przypadkach należy jeszcze dodać w nazwie wartościowość pierwiastka, np. tlenek żelaza(II) lub tlenek manganu(IV). Łatwiej będzie się nauczyć kiedy tych wartościowości NIE podajemy, czyli dla pierwiastków z I i II grupy układu okresowego pierwiastków oraz dla glinu i cynku. Są to pierwiastki, które mają tylko jedną wartościowość, więc nie musimy jej podawać. Nadgorliwość będzie tutaj niemile widziana, ponieważ nazwa „tlenek sodu(I)” jest traktowana jako błąd i koniecznie musimy o tym pamiętać!!
Czas zastanowić się skąd te tlenki się w ogóle biorą, czyli omówmy reakcje otrzymywania.
1. Bezpośrednia synteza pierwiastków
Najprostsza metoda otrzymywania, przynajmniej w teorii i zapisie. Nie za wiele jest tu do omawiania, to po prostu reakcja pierwiastka z tlenem, np.

C + O₂ → CO₂

2N₂ + 5O₂ → 2N₂O₅

2. Utlenianie lub redukcja tlenków
Czyli „przerabiamy” jeden tlenek na inny. Utleniając zwiększamy wartościowość pierwiastka połączonego z tlenem, a redukując zmniejszamy tę wartościowość. Utlenianie możemy poprowadzić w reakcji z tlenem przy obecności odpowiedniego katalizatora, np.

2CO + O₂ → 2CO₂

4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃

Proces redukcji prowadzimy stosując najczęściej wodór lub węgiel.

CO₂ + H₂ → CO + H₂O

SO₃ + C → SO₂ + CO

3. Rozkład termiczny soli
Jak sama nazwa wskazuje rozkładamy sól na tlenki pod wpływem temperatury Warto tu dodać, że muszą to być sole tlenowe, np.

CaCO₃ → CaO + CO₂

(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + CO₂ + H₂O

4. Rozkład niektórych kwasów i niektórych wodorotlenków
Część kwasów i wodorotlenków jest nietrwałych i rozpadają się na tlenki. Z kwasów warto zapamiętać dwa: kwas węglowy i kwas siarkowy(IV)

H₂CO₃ → CO₂ + H₂O

H₂SO₃ → SO₂ + H₂O

Jednym z przykładów nietrwałego wodorotlenku jest wodorotlenek miedzi(II), który ma postać niebieskiego galaretowatego osadu, natomiast tlenek miedzi(II), który powstaje w wyniku rozpadu ma kolor czarny.

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O

Wiemy już jak wyglądają tlenki, czyli jakie mają wzory, wiemy też jak się nazywają, czyli jak tworzymy nazwy. Wiemy skąd się biorą tlenki, czyli jakie są reakcje otrzymywania.

Pozostaje nam jeszcze omówić ich właściwości.

Wyróżniamy tlenki kwasowe, zasadowe, obojętne i amfoteryczne. Jak je rozpoznać? Spójrzmy na poniższy graf.

Najprościej rozpoznać tlenki obojętne, które nie reagują ani z wodą, ani z kwasem ani z zasadą, a poza tym nie ma ich dużo. Są to: NO, CO, SiO, N2O oraz GeO.
Jak to mówią „przeciwieństwa się przyciągają” więc tlenek który reaguje z wodą i kwasem przyporządkujemy do tlenków zasadowych, natomiast te które reagują z wodą i zasadami nazwiemy tlenkami kwasowymi. Jak je rozpoznać? Niestety sporą część musimy po prostu zapamiętać, ale są pewne ułatwienia. Tlenki zasadowe to zazwyczaj tlenki metali, które leżą po lewej stronie układu okresowego pierwiastków, czyli grupa I i II (z wyłączeniem berylu). Tlenki kwasowe to zazwyczaj tlenki niemetali, które znajdują się po prawej stronie układu okresowego. Nie jest to jednak reguła, ponieważ np. mangan może tworzyć różne tlenki i w zależności od wartościowości tego metalu dany tlenek przypiszemy do różnych charakterów.
Najbardziej problematyczne są tlenki amfoteryczne, które nie reagują z wodą, ale reagują zarówno z kwasami jak i zasadami. Te tlenki zazwyczaj znajdziemy „po środku” układu okresowego pierwiastków. Do tej grupy należy m. in. Al2O3, ZnO, czy CuO. Często zdarzają się zadania w których należy zaprojektować doświadczenie potwierdzające charakter amfoteryczny tlenku. Czyli w praktyce należy przeprowadzić reakcję tego tlenku z kwasem i zasadą. W obu reakcjach nastąpi roztworzenie ciała stałego. Zapisanie reakcji z kwasem jest prostsze, np.

Al₂O₃ + 6HCl →2AlCl₃ + 3H₂O

W reakcji tlenku amfoterycznego z zasadą powstaje związek kompleksowy, który często powoduje zawrót głowy u początkujących chemików. Spróbujmy przełamać ten strach. Wzory związków kompleksowych zapisujemy w nawiasach kwadratowych i zwykłych. W zwykłym nawiasie będą ligandy OH i będzie ich 4 lub 6 w zależności od wartościowości metalu z tlenku amfoterycznego. Jeśli atom w jonie kompleksowym jest II-wartościowy, to liczba koordynacyjna wynosi 4, jeśli jest III-wartościowy, to liczba ta wynosi 4 lub 6 (sami wybieramy lub jest podane w poleceniu), a jeśli jest IV-wartościowy, to liczba koordynacyjna wynosi 6. Wystarczy już tylko na koniec ustalić liczbę kationów.

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]

Nie dość, że związki kompleksowe nie wglądają zbytnio przyjaźnie, to ich nazwy też nie są przyjemne. Zaczynamy od liczby koordynacyjnej. Jeśli wynosi 4 to zapisujemy przedrostek „tetra” jeśli wynosi 6 to przedrostek „heksa” następnie zapisujemy nazwę ligandu, czyli „hydrokso”, później nazwa metalu kompleksowego z końcówką -an i na końcu nazwa metalu który stanowi kation.

Na[Al(OH)₄] – tetrahydroksoglinian sodu

K₃[Mn(OH)₆] – heksahydroksomanganian(IV) potasu.

W warunkach pokojowych tlenki metali to ciała stałe, natomiast tlenki niemetali mogą występować we wszystkich stanach skupienia, np. tlenek fosforu(V) jest ciałem stałym, tlenek wodoru czyli woda jest cieczą, a tlenek węgla(IV) jest gazowy.

Tlenki kwasowe często nazywamy bezwodnikami kwasowymi, ponieważ w wyniku reakcji tych związków chemicznych z wodą to otrzymamy kwas z wyjątkiem oczywiście SiO2, który zaliczany do tlenków kwasowych, ale z wodą nie zareaguje. SiO2 jest w piasku, który przecież nie rozpuszcza się w wodzie.
To właśnie najważniejsze informacje na temat związków tlenu z innymi pierwiastkami. Czy faktycznie to takie trudne? Zdecyduj sam ????

Artykuł przygotowała Marta Czarnecka

Zachęcamy Cię również do zapoznania się z naszymi innymi artykułami z naszego bloga 🙂

Hybrydyzacja- czyli jaki kształt mają cząsteczki? 

oraz

Pięć sposobów na poprawę koncentracji