Вы уже
знаете, что все основные оксиды – твердые немолекулярные вещества с ионной
связью.
К основным оксидам относятся:
а) оксиды щелочных и щелочноземельных элементов,
б) оксиды некоторых других элементов, образующих металлы, в низших степенях
окисления, например: СrO, MnO, FeO, Ag2O и др.
В их
состав входят однозарядные, двухзарядные (очень редко трехзарядные катионы) и
оксид-ионы. Наиболее характерные химические свойства основных оксидов как
раз и связаны с присутствием в них двухзарядных оксид-ионов (очень сильных
частиц-оснований). Химическая активность основных оксидов зависит прежде всего
от прочности ионной связи в их кристаллах.
1) Все основные оксиды реагируют с растворами сильных кислот:
2Li2O + H
= 4Li
+ H2O, 2NiO + H
= 2Ni2
+H2O,
Li2O + 2HClp = 2LiClp + H2O,
NiO + H2SO4p = NiSO4p + H2O.
В первом случае кроме реакции с ионами оксония протекает еще и реакция с
водой, но, так как ее скорость значительно меньше, ею можно пренебречь, тем
более, что в итоге все равно получаются те же продукты.
Возможность реакции с раствором слабой кислоты определяется как силой кислоты
(чем сильнее кислота, тем она активнее), так и прочностью связи в оксиде (чем
слабее связь, тем активнее оксид).
2) Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов реагируют с водой:
Li2O + H2O = 2Li
+ 2OH
BaO + H2O = Ba2
+ 2OH
Li2O + H2O = 2LiOHp, BaO + H2O
= Ba(OH)2p.
3) Кроме того, основные оксиды реагируют с кислотными оксидами:
BaO + CO2 = BaCO3,
FeO + SO3 = FeSO4,
Na2O + N2O5 = 2NaNO3.
В зависимости от химической активности тех и других оксидов реакции могут
протекать при обычной температуре или при нагревании.
В чем причина протекания таких реакций? Рассмотрим реакцию образования BaCO3
из BaO и CO2. Реакция протекает самопроизвольно, а энтропия в этой
реакции уменьшается (из двух веществ, твердого и газообразного, образуется одно
кристаллическое вещество), следовательно, реакция экзотермическая. В
экзотермических реакциях энергия образующихся связей больше, чем энергия
рвущихся, следовательно, энергия связей в BaCO3 больше, чем в
исходных BaO и CO2. И в исходных веществах, и в продуктах реакции два
типа химической связи: ионная и ковалентная. Энергия ионной связи (энергия
решетки) в BaO несколько больше, чем в BaCO3 (размер карбонатного
иона больше, чем оксид-иона), следовательно, энергия системы O2
+ CO2 больше, чем энергия CO32
.
+ Q
Иными
словами, ион CO32
более устойчив, чем отдельно взятые ион O2
и молекула CO2. А большая устойчивость карбонат-иона (его меньшая
внутренняя энергия) связана с распределением заряда этого иона (– 2 е) по
трем атомам кислорода карбонат-иона вместо одного в оксид-ионе.
4) Многие основные оксиды могут быть восстановлены до металла более активным
металлом или неметаллом-восстановителем:
MnO + Ca = Mn + CaO (при нагревании),
FeO + H2 = Fe + H2O (при нагревании).
Возможность протекания таких реакций зависит не только от активности
восстановителя, но и от прочности связей в исходном и образующемся оксиде.
Общим способом получения почти всех основных оксидов является
окисление соответствующего металла кислородом. Таким способом не могут быть
получены оксиды натрия, калия и некоторых других очень активных металлов (в этих
условиях они образуют пероксиды и более сложные соединения), а также золота,
серебра, платины и других очень малоактивных металлов (эти металлы не реагируют
с кислородом). Основные оксиды могут быть получены термическим разложением
соответствующих гидроксидов, а также некоторых солей (например, карбонатов).
Так, оксид магния может быть получен всеми тремя способами:
2Mg + O2 = 2MgO,
Mg(OH)2 = MgO + H2O,
MgCO3 = MgO + CO2.