Oxizi

Studiul oxizilor metalici și nemetalici, nomenclatură, proprietăți chimice și utilizări.

Ce sunt oxizii și cum se clasifică

Oxizii sunt substanțe compuse formate din două elemente, dintre care unul este obligatoriu oxigenul. Formula generală este E2On, unde E este celălalt element, iar oxigenul are întotdeauna valența II în oxizi.

Criteriul de clasificare pe care se dau punctele la Evaluarea Națională este natura elementului legat de oxigen:

• oxizi bazici – oxigenul este legat de un metal: Na2O, CaO, MgO, CuO, FeO, Fe2O3;
• oxizi acizi (anhidride) – oxigenul este legat de un nemetal: CO2, SO2, SO3, N2O5, P2O5, SiO2.

Numele de „oxid bazic” nu este întâmplător: acești oxizi, puși în apă, dau baze. Oxizii acizi, puși în apă, dau acizi. De aici vine și numele vechi de anhidridă, adică „acid fără apă” – SO3 este anhidrida acidului sulfuric, pentru că SO3 + H2O dă H2SO4.

Atenție la o confuzie care apare în aproape fiecare clasă: oxidul bazic nu este o bază, ci un oxid care poate genera o bază. CaO este oxid bazic (var nestins), în timp ce Ca(OH)2 este baza propriu-zisă (var stins). Diferența se vede în formulă: baza are grupa OH, oxidul are doar O.

Există și oxizi care nu intră în niciuna dintre cele două categorii, numiți oxizi neutri – CO și NO nu reacționează nici cu apa, nici cu acizii sau bazele, în condiții obișnuite. Nu îi cere programa în detaliu, dar apar ca variante greșite în grile.

Nomenclatura oxizilor

Denumirea unui oxid se construiește după schema oxid de + numele elementului.

Când elementul are o singură valență, numele este direct: Na2O – oxid de sodiu, CaO – oxid de calciu, Al2O3 – oxid de aluminiu, ZnO – oxid de zinc.

Când elementul are mai multe valențe, valența se scrie cu cifre romane, în paranteză, imediat după numele elementului:

• FeO – oxid de fier(II), pentru că fierul e divalent;
• Fe2O3 – oxid de fier(III);
• CuO – oxid de cupru(II);
• Cu2O – oxid de cupru(I).

La nemetale se folosește tot mai des varianta cu prefixe numerice (mono-, di-, tri-, tetra-, penta-), care arată direct numărul de atomi:

• CO – monoxid de carbon; CO2 – dioxid de carbon;
• SO2 – dioxid de sulf; SO3 – trioxid de sulf;
• P2O5 – pentaoxid de difosfor; N2O5 – pentaoxid de diazot.

Drumul invers, de la nume la formulă, se face prin valențe încrucișate: la oxidul de aluminiu, aluminiul are valența III și oxigenul II, deci indicii se schimbă între ei și rezultă Al2O3. Verificarea e simplă: produsul valență x indice trebuie să fie același pentru ambele elemente (3 x 2 = 2 x 3).

Greșeala tipică la acest pas este simplificarea greșită: pentru un metal divalent cu oxigen divalent, încrucișarea dă M2O2, dar formula corectă este MO, cu indicii simplificați.

Proprietățile chimice ale oxizilor bazici

Oxizii bazici sunt solizi, cu temperaturi de topire mari, și dau trei reacții cerute la examen.

1. Reacția cu apa – dau baze (hidroxizi), dar numai oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase (Na, K, Ca, Ba) reacționează practic cu apa:

• CaO + H2O → Ca(OH)2 (stingerea varului, reacție puternic exotermă);
• Na2O + H2O → 2 NaOH.

Oxizii metalelor grele, precum CuO sau Fe2O3, nu reacționează cu apa – bazele lor se obțin pe altă cale, prin reacția unei săruri cu o bază solubilă.

2. Reacția cu acizii – dau sare și apă. Aceasta este reacția care definește caracterul bazic și nu are excepții importante la nivelul clasei a VIII-a:

• CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O;
• CaO + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O;
• MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O.

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

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

Punctul unde se pierd cele mai multe puncte este egalarea. La CuO + HCl, mulți elevi scriu un singur HCl; dar clorul e monovalent, deci clorura de cupru(II) este CuCl2 și cere doi HCl. Regula practică: mai întâi scrii corect formula sării din valențe, abia apoi egalezi.

Proprietățile chimice ale oxizilor acizi

Oxizii acizi sunt, în cea mai mare parte, gaze (CO2, SO2, SO3, NO2) sau solizi cu punct de topire mic (P2O5); excepția vizibilă este SiO2, nisipul, care este un solid foarte dur.

1. Reacția cu apa – dau acizi oxigenați (oxiacizi):

• CO2 + H2O → H2CO3 (acid carbonic, instabil – de aceea apa carbogazoasă se „plictisește”);
• SO2 + H2O → H2SO3 (acid sulfuros);
• SO3 + H2O → H2SO4 (acid sulfuric);
• N2O5 + H2O → 2 HNO3;
• P2O5 + 3 H2O → 2 H3PO4.

Singura excepție de reținut: SiO2 nu reacționează cu apa, motiv pentru care nisipul nu se dizolvă și plaja rămâne plajă.

2. Reacția cu bazele – dau sare și apă. Aceasta este reacția care demonstrează caracterul acid:

• CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 (precipitat alb) + H2O – reacția prin care se identifică dioxidul de carbon, pentru că apa de var se tulbură;
• SO2 + 2 NaOH → Na2SO3 + H2O.

3. Reacția cu oxizii bazici – dau sare: SO2 + CaO → CaSO3, reacție folosită industrial pentru a reține dioxidul de sulf din gazele de ardere ale termocentralelor.

Pentru identificarea corectă a sării, ține minte perechea oxid acid – acid – rest acid: CO2 dă carbonați (CO3, valența II), SO2 dă sulfiți (SO3, valența II), SO3 dă sulfați (SO4, valența II), N2O5 dă azotați (NO3, valența I), P2O5 dă fosfați (PO4, valența III). Confuzia sulfit / sulfat este cea mai scump plătită: sulfitul vine de la SO2, sulfatul de la SO3.

Utilizări ale oxizilor și impactul lor

Oxizii apar peste tot în viața de zi cu zi, iar Evaluarea Națională întreabă frecvent despre aplicații.

• CaO (var nestins) – se obține prin calcinarea calcarului, CaCO3 → CaO + CO2, și se folosește în construcții, la obținerea varului stins pentru mortar, și la neutralizarea solurilor acide.
• CO2 – folosit în băuturile carbogazoase, în stingătoarele de incendiu (fiind mai greu decât aerul și neîntreținând arderea) și, sub formă solidă, ca gheață carbonică. Este esențial în fotosinteză, dar în exces este principalul gaz cu efect de seră.
• SO2 – folosit ca dezinfectant și la obținerea acidului sulfuric; eliberat de termocentrale și de vulcani, este vinovatul principal pentru ploile acide, alături de oxizii de azot.
• Fe2O3 – componentul principal al minereurilor de fier și pigment roșu; se formează și în rugină, împreună cu apa.
• Al2O3 – materia primă pentru obținerea aluminiului și, sub formă cristalină, corindonul, unul dintre cele mai dure materiale abrazive.
• SiO2 – nisipul, materia primă pentru sticlă și pentru siliciul din cipuri.
• CO – monoxidul de carbon, gaz incolor, inodor și extrem de toxic, rezultat din arderea incompletă a combustibililor; se leagă de hemoglobină și blochează transportul oxigenului. Nu se poate detecta prin miros, de aceea sobele defecte sunt periculoase.

Ploile acide se formează când SO2 și oxizii de azot din aer se dizolvă în vaporii de apă și cad sub formă de acid sulfuros, sulfuric sau azotic. Efectele lor: distrug pădurile, acidifică lacurile și corodează construcțiile din calcar și marmură.

Test — 6 întrebări ca la examen