§ 29. Оксиди: фізичні властивості, поширеність та застосування

Пригадайте залежність фізичних властивостей речовин від типу хімічного зв'язку та кристалічних ґраток (за § 23).

Будова та фізичні властивості оксидів

Серед оксидів трапляються речовини і молекулярної, і немоле-кулярної будови. Будова оксидів зумовлює їхні фізичні властивості.

Більшість оксидів неметалічних елементів (кислотні оксиди) — це переважно речовини молекулярної будови з невеликими температурами плавлення й кипіння. За звичайних умов кислотні оксиди трапляються в різному агрегатному стані, тобто бувають твердими, рідкими й газуватими.

Оксиди металічних елементів (основні та амфотерні оксиди) є речовинами переважно йонної будови. Це тверді кристалічні речовини з високою температурою плавлення й кипіння. Більшість з них не розчиняються у воді.

Оскільки більшість хімічних елементів є металічними, то можна стверджувати, що більшість оксидів є твердими речовинами. Твердими також є деякі оксиди неметалічних елементів, наприклад силіцій(ІУ) оксид та фосфор(У) оксид.

Газуватих оксидів значно менше. Усі вони є молекулярними речовинами й утворені неметалічними елементами: нітроген(ІУ) оксид та нітроген(ІІ) оксид, карбон(ІУ) оксид та карбон(ІІ) оксид, сульфур(ІУ) оксид тощо.

І лише кілька оксидів за звичайних умов перебувають у рідкому стані: H₂O, N₂O_a, SO_a, ClO_a, CL₂O₇, Mn₂O₇.

Поширеність оксидів у природі

Гідроген оксид (вода) наявний у повітрі у вигляді водяної пари завдяки випаровуванню води з поверхні планети. За певної температури газувата вода перетворюється на рідку і випадає у вигляді роси або дощу.

Карбон(ІУ) оксид (вуглекислий газ) виділяється в атмосферу в результаті дихання організмів, вулканічної діяльності та техногенної діяльності людини. Поглинається рослинами при фотосинтезі. Разом із водою зумовлює парниковий ефект, завдяки якому планета не охолоджується до критично низьких температур.

HiTporeH(IV) оксид і сульфур(ІУ) оксид (сірчистий газ) утворюються при виверженні вулканів, під час грози та в результаті техногенної діяльності. Ці оксиди зумовлюють виникнення кислотних дощів. Є однією з причин забруднення повітря у великих містах.

Нітроген(І\⁷) оксид NO_o — отруйний газ бурого кольору, який називають «лисячий хвіст». Потрапляє в атмосферу з викидами металургійних і хімічних підприємств. При взаємодії з водяною парою утворює нітратну кислоту, що є однією з причин кислотних дощів.

Силіцій(ІУ) оксид SiO, називають кремнеземом, оскільки він є складовою піску, ґрунтів, багатьох мінералів: кварцу, гірського кришталю, хризоліту, аметисту тощо. У Карпатах знайдено унікальний різновид кварцових кристалів — мармароський діамант.

Алюміній оксид Al₂O., є основою багатьох мінералів: рубіну, хризоберилу, корунду тощо. Разом із силіцій(ІУ) огссидом є складовою ґрунтів і порід, зокрема бокситу, з якого добувають алюміній. В Україні великі поклади бокситів знайдено в Закарпатті та Приазов’ї.

Ферум(ПІ) оксид Fe₀O₃ утворює багато мінералів: гематит, лімоніт, магнетит тощо, з яких добувають залізо, а також використовують як виробний камінь. В Україні родовища цих мінералів розташовані в Криворізькому залізорудному басейні.

Використання оксидів

Кварц і кварцовий пісок — сировина для виробництва скла. Скло з чистого кварцу є дуже цінним матеріалом, тому що воно пропускає ультрафіолетове випромінювання (лампи з кварцового скла використовують у соляріях).

Породи з великим містом алюміній оксиду використовують дія добування алюмінію — конструкційного матеріалу. Різновид алюміній оксиду — корунд — є дуже твердим мінералом, його використовують для обробки металевих, керамічних та інших поверхонь.

Оксиди Феруму — Fe₉O₃ та Fe₃O_j використовують для добування заліза. Також на їх основі виготовляють коричневу фарбу (вохру) та феромагнітні покриття для аудіо- й відеоплівок та пластин жорстких магнітних дисків (вінчестерів).

Хром(ІП) оксид Cr₂O₃ використовується для виготовлення шліфувальної пасти (пасти ДОІ) та зеленої фарби. В Україні хром(ІІІ) оксид трапляється у вигляді хромітового заруднення в Середньому Побужжі.

Титан(ІУ) оксид TiO₉ та цпнк оксид ZnO є основою білої фарби (титанові та цинкові білила). Ix виготовляють у великому обсязі на хімічних підприємствах України. Великі поклади титан(ІУ) оксиду у вигляді мінералу рутилу є в Придніпров’ї та на Волині. Це майже 20 % світових запасів титану.

Магній оксид MgO (палена магнезія) використовується для виробництва вогнетривких матеріалів, цементу, очищення нафтопродуктів, для виготовлення лікарських препаратів.

Кальцій оксид CaO (негашене вапно) використовується для виготовлення будівельних матеріалів — вапна, цементу, цегли, а також у сільському господарстві.

• Із чистого силіцій(ІУ) оксиду добувають так зване кварцове скло. Воно виявляє стійкість при нагріванні до 1000-1200 °С. На відміну від звичайного скла воно майже не розширяється при нагріванні, а при охолодженні не стискається. Тому склянку, виготовлену з кварцового скла, можна нагріти до 1000 °С, а потім різко охолодити під струменем води. Кварцова склянка при цьому не трісне і не зруйнується, на відміну від склянки зі звичайного скла.

• Багато випадків спостереження привидів пояснюється поганою системою опалення. Якщо в приміщенні накопичується чадний газ (карбон(ІІ) оксид), то, навіть у малій концентрації він призводить до отруєння, яке разом з головним болем та відчуттям втоми спричиняє зорові та слухові галюцинації.

Висновки

1. Оксиди — дуже поширені сполуки в природі завдяки великому вмісту Оксигену на Землі. Основні та амфотерні оксиди за звичайних умов завжди тверді. Кислотні оксиди можуть перебувати як у твердому, так і в рідкому й газуватому станах.

2. Оксиди утворюють дуже цінні природні мінерали. Оксиди широко використовують для виготовлення фарб та будівельних матеріалів.

Контрольні запитання

1. Назвіть оксиди, що трапляються в атмосфері, гідросфері, літосфері.

2. Від чого залежать фізичні властивості оксидів? Наведіть приклади оксидів, що за звичайних умов перебувають у твердому, рідкому й газуватому станах.

3. Наведіть приклади використання оксидів.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Складіть формули речовин: кальцій оксид, калій оксид, фосфор(У) оксид, фосфор(ІІІ) оксид, барій оксид, цинк оксид, бор оксид, алюміній оксид. Які з цих оксидів основні, які — кислотні, а які — амфотерні?

2. Складіть формули й назви речовин: а) газ — оксид, що міститься в повітрі й необхідний для фотосинтезу; 6) оксид, що утворюється в атмосфері при спалаху блискавки; в) оксид, що «гасять» водою; г) оксид, що є основною складовою піску; д) отруйний оксид, що називають чадним газом; е) оксид, що утворюється при іржавінні виробів із заліза.

3. Манган може утворювати декілька оксидів, у яких він виявляє ступені окиснення +2, +3, +4, +7. Складіть формули цих оксидів та їхні назви.

4. Хром може утворювати два оксиди, у яких він виявляє валентність III та VI. Складіть формули цих оксидів та обчисліть масову частку Хрому в них. До якої групи оксидів вони належать?

5. Складіть рівняння реакцій утворення з простих речовин оксидів: а) Сульфуру(ІУ); б) Нітрогену(ІІ); в) Алюмінію; г) Феруму(ІІ); д) Фосфору(\/).

6. Складіть рівняння реакцій горіння магнію, літію та вуглецю в кисні. Укажіть назви добутих оксидів.

7. Обчисліть число атомів Нітрогену в зразку нітроген(І) оксиду об'ємом 2,8 л.

8. Із тексту параграфа випишіть оксиди, що містяться в повітрі, та обчисліть їхню відносну густину за повітрям.

9*. Які газуваті оксиди, що забруднюють атмосферу Землі, ви знаєте? Розгляньте шляхи, яким відбувається забруднення атмосфери. Запропонуйте способи запобігання забрудненню повітря.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Григорович