Tlenki

1. Co to są tlenki ?

Definicja tlenków chyba nikomu nie przysparza problemów.

Tlenki to związki, w których jakiś (dowolny) pierwiastek łączy się z tlenem.

Definicja tlenków.

Możemy zatem zapisać wzór ogólny dla tlenków :

Wzór ogólny tlenków

Symbol E oznacza dowolny pierwiastek, natomiast x oraz y to indeksy stechiometryczne, a więc te małe cyferki, które stoją przy pierwiastkach.

Kiedy chcemy ogarnąć jaki będzie wzór tlenku, musimy skorzystać z reguły krzyżowej. Tlen ma wartościowość równą dwa, natomiast wartościowość drugiego pierwiastka odczytujemy oczywiście z układu okresowego. Aby dobrze to przećwiczyć to weźmiemy sobie po jednym pierwiastku z każdej grupy głównej.

Wzory przykładowych tlenków dla pierwiastka z każdej grupy.

Musimy oczywiście uważać, bo czasem jeden pierwiastek może przybierać kilka różnych wartościowości. Przykładowo mamy tlenek węgla (II) oraz tlenek węgla (IV). Ta cyfra rzymska w nawiasie informuje nas właśnie o tym, jaka jest wartościowość tego pierwiastka, dzięki czemu możemy ustalić jaki będzie wzór tlenku. Zobaczmy!

Jak pisać wzór tlenku na podstawie jego nazwy ?

I oczywiście w drugą stronę, widząc wzór tlenku jesteśmy w stanie ustalić wartościowość pierwiastka. Spójrzmy.

Jak zapisać nazwę tlenku na podstawie jego wzoru chemicznego (sumarycznego) ?

Tlen ma bardzo dużą elektroujemność, dlatego też nie powinno nas dziwić, że tlenki metali będą w dużej mierze substancjami jonowymi, ale już połączenia niemetali z tlenem dadzą tlenki o charakterze kowalencyjnym. Co jeszcze wiąże się z elektroujemnością to związek OF2 , często w szkole pokazywany niepotrzebnie jako jakiś trędowaty wyjątek.

O tym, że OF2 wcale nie jest żadnym wyjątkiem pisaliśmy przy okazji redoksów i stopni utlenienia. Związek ten nazywa się fluorek tlenu, a nie tlenek fluoru. Wynika to z nazewnictwa, to co ma większą elektroujemność zapisujemy z prawej strony (dlatego właśnie piszemy OF2 a nie F2O) i wymieniamy w nazewnictwie jako pierwsze, dlatego też jest to fluorek tlenu, a nie tlenek fluoru.

Na specjalnie omówienie zasługują faktycznie tlenki fosforu (III) oraz (V). Dlaczego? Dlatego, że o ile bardzo nas korci aby zapisać je odpowiednio jako P2O3 oraz P2O5 to jednak okazuje się, że to nie do końca poprawnie.

TlenekTlenek fosforu (III) Tlenek fosforu (V)
Błędny wzór P2O3 P2O5
Poprawny wzór P4O6 P4O10
Jak to jest z tymi tlenkami fosforu ?

No i teraz pytanie kluczowe, czyli dlaczego tak jest? Dlaczego nie piszemy np. C2O4 tylko CO2, ale już tlenków fosforu akurat nie można tak skrócić? Po pełne wytłumaczenie zapraszam niżej [1].

2. Jak się otrzymuje tlenki ?

Są cztery główne metody otrzymywania tlenków.

  1. Po prostu łączymy pierwiastek z tlenem
  2. Rozkład termiczny wodorotlenków (po prostu ogrzewanie wodorotlenków)
  3. Rozkład termiczny soli (ogrzewanie soli)
  4. Reakcja tlenków z tlenem

Metoda I – reakcja pierwiastków z tlenem. Każdą metodę przenalizujemy osobno. Pierwsza metoda jest najprostsza i z reguły każdemu przychodzi do głowy. Niestety też nie jest to takie proste, bo nie każdy pierwiastek będzie ot tak, po prostu reagował z tlenem. Przykładowo nie będą reagowały wybredne francuskie pieski, czyli metale szlachetne (np. Cu, Ag, Au) oraz gazy szlachetne (grupa 18, helowce).

2Ca + O2 ⟶ 2CaO

4Fe + 3O2 ⟶ 2Fe2O3

C + O2CO2

Jeśli dany pierwiastek może przybierać różne wartościowości, to tak naprawdę w zadaniu potrzebne są dodatkowe informacje na tematu produktu (na przykład dane obliczeniowe). Jeśli nie ma żadnych wskazówek, to zawsze zakładamy, ze reakcja zaszła z nadmiarem tlenu, czyli np. w reakcji fosforu z tlenem powstaje tlenek fosforu (V), a nie tlenek fosforu (III).

Metoda II – rozkład termiczny wodorotlenków.

W trakcie ogrzewania wodorotlenków następuje odejście cząsteczki wody (jak to bardzo często ma miejsce podczas ogrzewania), w efekcie czego powstaje tlenek. Przy ustalaniu wzoru tlenku (czyli naszego produktu) korzystamy oczywiście z reguły krzyżowej.

Zn(OH)2ZnO + H2O

2Al(OH)3Al2O3 +3H2O

Be(OH)2BeO + H2O

Metoda III – rozkład termiczny soli.

Podczas ogrzewania soli kwasów tlenowych (czyli tych kwasów, które mają w sobie jeszcze tlen, w końcu mamy otrzymać tlenek, wiec np. z HCl czy H2S tego nie damy rady zrobić) wydziela się mieszanina tlenków.

BaCO3 ⟶ BaO + CO2

Rb2SO3 ⟶ Rb2O + SO2

K2CO3 ⟶ K2O + CO2

Ten proces warto zobaczyć na rysunku, aby mniej więcej mieć pojęcie, skąd tutaj w ogóle może się wziąć tlenek.

Brudnopisowy schemat reakcji, który pomoże nam troszkę lepiej zrozumieć skąd tutaj się bierze tlenek CO2.

Siłą napędową tej reakcji jest tworzenie lotnych tlenków, które uciekają z naszego układu, co zgodnie z regułą przekory przesuwa równowagę reakcji w stronę tworzenia produktów (w prawo).

Metoda IV – reakcja tlenków z tlenem.

Ok, ta metoda brzmi bardzo dziwnie. Ale chodzi tutaj o te sytuacje, w których jeden pierwiastek tworzy kilka różnych tlenków, ze względu na to, że przyjmuje różną wartościowość.

2CO + O2 ⟶ 2CO2

4FeO + O2 ⟶ 2Fe2O3

Czasem taka reakcja będzie wymagała użycia katalizatora, typowo w przypadku syntezy tlenku siarki (VI) z tlenku siarki (IV).

\displaystyle 2SO_{2} + O_{2} \ \xrightarrow{katalizator} \  2SO_{3}

3. Jak można podzielić tlenki ?

Tlenki przede wszystkim będziemy dzielić pod kątem ich reaktywności, będzie nas interesować między innymi z czym te tlenki będą reagowały.

➦ Tlenki zasadowe

TlenkiOpisPrzykład
Tlenki
zasadowe
Reagują z kwasami (tworzą się sole). Niektóre
z nich reagują z wodą tworząc zasady (I i II grupa
układu okresowego oprócz BeO)
Na2O, BaO ,
NiO
Tlenki
kwasowe
Reagują z zasadami (tworzą się sole) Niektóre z
nich reagują z wodą tworząc kwasy.
CO2 , SO2 ,
SiO2 , P4O10
Tlenki
amfoteryczne
Reagują z mocnymi kwasami i zasadami.
Nie reagują z wodą!
ZnO, Al2O3 ,
BeO, Cr2O3
Tlenki
obojętne
Jak nazwa wskazuje, nie reagują z
kwasami, zasadami ani z wodą.
NO, CO,
N2O, SiO
Podział tlenków

Jak łatwo zauważyć, tlenki zasadowe to połączenia tlenu z metalami (ale nie wszystkimi). Jeśli chodzi o tlenek berylu, to nie reaguje on z wodą, ponieważ jest to po prostu związek trudnorozpuszczalny, dlatego z nią nie reaguje.

Tlenki kwasowe natomiast to w większości połączenia niemetali z tlenem, chociaż też będą od tego wyjątki. Przykładowo CrO3 to tlenek metalu, a jest to tlenek kwasowy.

Tlenki amfoteryczne są najtrudniejsze i dlatego też spodziewaj się o nie pytania na maturze. Ze względu na to, że zachowanie tlenków amfoterycznych (zarówno jeśli chodzi o reakcje jak i doświadczenia) to maturalne klasyki, to zrobimy je w osobnym poście.

Tlenki obojętne trzeba zapamiętać, żeby móc zaznaczać, gdzie reakcja nie zachodzi.

W następnym poście będziemy skupiać się na wszystkich możliwych reakcjach z tlenkami w roli głównej.


[1] Kluczem do zrozumienia wzoru tlenków jest budowa samego fosforu. W rzeczywistości nie jest to sam atom fosforu, a cząsteczka złożona z czterech atomów fosforu (P4), które układają się w znany Tobie z budowy cząsteczek tetraedr.

Prawdziwa budowa cząsteczki fosforu P4

Wzory tlenków fosforu można zrozumieć, jeśli zdamy sobie sprawę, że tlenki te są pochodnymi fosforu białego, który ma przecież wzór P4 . Zatem strukturę tych tlenków należy wyprowadzić wychodząc z tej tetraedrycznej struktury, dokonując następujących operacji : 

 Krok 1 :  zerwij wiązania fosfor fosfor (P―P) i wstaw pomiędzy rozerwane atomy fosforu atom tlenu. Takie zrywane wiązanie zostało przedstawione na poniższym schemacie pogrubioną linią. Łącznie jest 6 takich wiązań, dlatego można w ten sposób wstawić 6 atomów tlenu, uzyskując strukturę tlenku P4O6 . Końcowa struktura w ramce przedstawia budowę przestrzenną, ale już bez zaznaczania wolnych par elektronowych dla przejrzystości rysunku. 

 Krok 2 :  do terminalnych (znajdujących się na końcu) atomów fosforu dodaj atom tlenu – jest tam przecież wolna para elektronowa, więc jest to możliwe. Są cztery takie atomy, zatem można dodać jeszcze cztery atomy tlenu, uzyskując ostatecznie strukturę tlenku P4O10 

Wyprowadzenie budowy tlenku fosforu (III) o wzorze P4O6

I dalej przekształcenie prowadzące do tlenku fosforu (V), tj. P4O10

Wyprowadzenie budowy tlenku fosforu (V) o wzorze P4O10

Jak widzisz – zapisywanie tlenków fosforu jako P2O3  oraz  P2O5  nie jest do końca poprawne, ponieważ są to jedynie wzory empiryczne, nie oddające dobrze ich rzeczywistej struktury. Istnieje jeszcze szereg innych tlenków jak P4O7 , P4O8  czy P4O9 i wiele innych, które są mieszanymi tlenkami fosforu (III) oraz (V).

[2] xxxx

Leave a Reply

%d bloggers like this: