Tlenki –
nieorganiczne
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
Właściwości fizyczne
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.
Właściwości chemiczne
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 manganowy(VII)
(kwas nadmanganowy), a z zasadami sole,
manganiany(VII)
(nadmanganiany):
- 2Mn2O7 + H2O → 2HMnO4
- Mn2O7 + 2KOH → 2KMnO4 + H2O
Nazewnictwo tlenków
IUPAC zaleca stosowanie systemu Stocka. Aby nadać tlenkowi nazwę przy użyciu tego systemu używamy słowa tlenek oraz podajemy nazwę pierwiastka tworzącego dany tlenek. Dla pierwiastka, który w wiązaniu z tlenem przyjmuje tylko jedną wartościowość nie podaje się jej, lecz gdy istnieją różne wartościowości pierwiastka, w jego tlenkach należy napisać ją w nawiasie, np.
- K2O – tlenek potasu
- CaO – tlenek wapnia
- Sc2O3 – tlenek skandu
- CO – tlenek węgla(II)
- CO2 – tlenek węgla(IV)
- MnO2 – tlenek manganu(IV)
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
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
Najbardziej znaną reakcją chemiczną tlenków jest reakcja z wodą, w czasie której powstają kwasy i zasady.
- Tlenki większości
niemetali
w reakcji z wodą tworzą kwasy:
- CO2 + H2O → H2CO3
- SO3 + H2O → H2SO4
- Na2O + H2O → 2NaOH
- CaO + H2O → Ca(OH)2
- Tlenki zasadowe reagują z kwasami:
- CaO + 2HCN → Ca(CN)2 + H2O
- K2O + 2HNO2 → 2KNO2 + H2O
- Tlenki kwasowe reagują z zasadami:
- Cl2O7 + 2NaOH → 2NaClO4 + H2O
- CO2 + 2LiOH → Li2CO3 + H2O
- Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
- ZnO + 2HMnO4 → Zn(MnO4)2 + H2O
- Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6]
- ZnO + Sr(OH)2 + H2O → Sr[Zn(OH)4]
Podtlenki, nadtlenki, ponadtlenki i ozonki
Innym podziałem tlenków jest fakt występowania lub nie
wiązań chemicznych
tlen-tlen i inny pierwiastek – inny pierwiastek.
Tlenki na Ziemi
Ważniejsze tlenki nieorganiczne
Do najbardziej znanych tlenków zaliczyć można:
Bibliografia
Przypisy
- ↑ Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Wyd. VII, Warszawa: Państwowe Wydaw. Naukowe, 1981, s. 585.