Substanțe anorganice – oxizi

Elevii clasifică și studiază proprietățile chimice ale oxizilor metalici și nemetalici, precum și metodele de obținere.

Ce sunt oxizii și cum se denumesc

Oxizii sunt combinații binare ale oxigenului cu un alt element chimic. Cuvântul cheie este binare: oxidul conține doar două elemente, dintre care unul este obligatoriu oxigenul.

Formula generală se scrie E2On, unde E este celălalt element. În practică formula se stabilește ușor, echilibrând valențele: oxigenul are întotdeauna valența 2 în oxizi.

• sodiul, valența 1: Na2O
• calciul, valența 2: CaO
• aluminiul, valența 3: Al2O3
• carbonul, valența 4: CO2

Denumirea oxizilor urmează o regulă simplă: cuvântul oxid de urmat de numele elementului. Dacă elementul are mai multe valențe, valența se scrie între paranteze, cu cifre romane, sau se folosesc prefixele care arată numărul de atomi:

• CaO – oxid de calciu (varul nestins)
• Fe2O3 – oxid de fier (III)
• FeO – oxid de fier (II)
• CO – monoxid de carbon
• CO2 – dioxid de carbon
• SO2 – dioxid de sulf, SO3 – trioxid de sulf

Atenție la o confuzie foarte des întâlnită: apa, H2O, este din punct de vedere formal un oxid al hidrogenului, dar la clasificarea pe clase de compuși ea se tratează separat, ca substanță aparte, pentru că are proprietăți proprii. La fel, peroxidul de hidrogen, H2O2 (apa oxigenată), nu este oxid, ci peroxid — acolo oxigenul nu mai are valența 2 obișnuită.

Oxizii sunt printre cele mai răspândite substanțe de pe Pământ: nisipul este SiO2, rugina conține Fe2O3, iar aerul pe care îl expiri conține CO2.

Clasificarea oxizilor: bazici și acizi

Clasificarea pe care se construiește tot capitolul pornește de la natura celuilalt element.

Oxizii bazici sunt oxizii metalelor: Na2O, K2O, CaO, MgO, CuO, FeO. Se numesc bazici pentru că, în reacție cu apa, cei solubili dau baze (hidroxizi).

Oxizii acizi sunt oxizii nemetalelor: CO2, SO2, SO3, N2O5, P2O5, SiO2. Se numesc acizi pentru că, în reacție cu apa, dau acizi. Se mai numesc și anhidride acide, adică „acizi fără apă”.

Metoda de recunoaștere în orice exercițiu este așadar: te uiți la elementul legat de oxigen. Metal înseamnă oxid bazic, nemetal înseamnă oxid acid.

Există și două categorii pe care programa le menționează, dar nu le detaliază:

• oxizi amfoteri — cum sunt Al2O3 și ZnO — care reacționează și cu acizii, și cu bazele; metalul lor stă la granița dintre metale și nemetale
• oxizi neutri (indiferenți) — CO, NO, N2O — care nu reacționează cu apa și nu dau nici acizi, nici baze. CO este capcana clasică: deși carbonul este nemetal, monoxidul de carbon nu este oxid acid, spre deosebire de CO2.

Atenție și la o greșeală de logică frecventă: oxid bazic nu înseamnă că substanța este o bază. CaO este un oxid, nu un hidroxid; devine bază, Ca(OH)2, abia după ce reacționează cu apa. Aceeași distincție și la oxizii acizi: SO3 nu este acid, dar cu apă dă acidul sulfuric.

Proprietățile chimice ale oxizilor bazici

Oxizii bazici au trei reacții caracteristice, care se cer aproape la fiecare test.

1. Reacția cu apa — dau baze (hidroxizi). Reacționează însă doar oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase, adică cei ai metalelor active:

• Na2O + H2O → 2NaOH
• CaO + H2O → Ca(OH)2 (reacția de stingere a varului, puternic exotermă — degajă multă căldură)
• K2O + H2O → 2KOH

Oxizii metalelor mai puțin active, precum CuO sau Fe2O3, nu reacționează cu apa. Este una dintre cele mai frecvente greșeli: elevii scriu mecanic CuO + H2O → Cu(OH)2, reacție care nu are loc.

2. Reacția cu acizii — dau sare și apă. Aceasta este reacția generală și funcționează la toți oxizii bazici, inclusiv la cei care nu reacționează cu apa:

• CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O
• CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
• Na2O + 2HNO3 → 2NaNO3 + H2O

3. Reacția cu oxizii acizi — dau sare, fără apă, pentru că nu există hidrogen în reactanți:

• CaO + CO2 → CaCO3
• Na2O + SO3 → Na2SO4

Regula de aur care unifică totul: bazicul reacționează cu acidul. Un oxid bazic reacționează cu acizi și cu oxizi acizi, dar nu reacționează cu bazele și nici cu alți oxizi bazici — două substanțe cu același caracter nu se combină între ele. Dacă într-un exercițiu ți se cere să indici care reacție nu are loc, aceasta este de obicei cheia.

Proprietățile chimice ale oxizilor acizi

Oxizii acizi se comportă simetric față de cei bazici — este cea mai economică metodă de a-i învăța.

1. Reacția cu apa — dau acizi (oxoacizi):

• CO2 + H2O → H2CO3 (acid carbonic, instabil; este ceea ce dă gustul ușor acrișor apei minerale carbogazoase)
• SO2 + H2O → H2SO3 (acid sulfuros)
• SO3 + H2O → H2SO4 (acid sulfuric)
• N2O5 + H2O → 2HNO3 (acid azotic)
• P2O5 + 3H2O → 2H3PO4 (acid fosforic)

Excepția de reținut: SiO2 nu reacționează cu apa — de aceea nisipul nu se dizolvă și plajele nu se transformă în acid.

2. Reacția cu bazele — dau sare și apă:

• CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O — aceasta este reacția de identificare a dioxidului de carbon: apa de var se tulbură, pentru că se formează carbonatul de calciu, insolubil. Este întrebare de examen aproape sigură.
• SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H2O
• CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O

3. Reacția cu oxizii bazici — dau sare:

• SO2 + CaO → CaSO3
• CO2 + Na2O → Na2CO3

Cum îți verifici singur formula acidului obținut din anhidridă: aduni formal oxidul cu apa și verifici valențele. SO3 + H2O dă H2SO4, unde sulful păstrează valența 6. Greșeala clasică este să scrii SO2 + H2O → H2SO4 — dar sulful din SO2 are valența 4, deci rezultă acidul sulfuros, H2SO3, nu cel sulfuric.

Obținerea oxizilor și importanța lor practică

Metode de obținere, în ordinea în care apar în manual:

1. Arderea (combinarea directă cu oxigenul) — cea mai importantă:

• 2Mg + O2 → 2MgO (flacără albă, orbitoare)
• C + O2 → CO2
• S + O2 → SO2
• 4Al + 3O2 → 2Al2O3

La arderea incompletă a carbonului, în lipsă de oxigen, se formează CO, monoxidul de carbon — gaz incolor, inodor și foarte toxic. Exact de aceea sobele și centralele au nevoie de tiraj bun; CO nu se simte și de asta este atât de periculos.

2. Descompunerea termică a carbonaților:

• CaCO3 → CaO + CO2 (la temperatură înaltă; așa se obține varul nestins în cuptoarele de var)

3. Descompunerea unor hidroxizi insolubili:

• Cu(OH)2 → CuO + H2O (precipitatul albastru se transformă la încălzire în pulbere neagră)

Importanța practică, ceruta la itemii aplicativi:

• CaO (var nestins) și Ca(OH)2 — în construcții, la mortar, și la corectarea acidității solurilor
• CO2 — în băuturi carbogazoase, stingătoare, și ca materie primă a fotosintezei; în exces în atmosferă contribuie la efectul de seră
• SO2 — poluant rezultat din arderea combustibililor cu sulf; în atmosferă duce la ploi acide, care distrug pădurile și corodează construcțiile
• SiO2 — la fabricarea sticlei
• Fe2O3 — component al ruginii, dar și minereu din care se obține fierul

Legătura cu mediul este cerută des: oxizii nemetalelor (SO2, NOx, CO2) sunt cei problematici, tocmai pentru că, dizolvați în apa din nori, dau acizi.

Test — 6 întrebări ca la examen