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 :

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.

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!

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

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.

Tlenek	Tlenek fosforu (III)	Tlenek fosforu (V)
Błędny wzór	P2O3	P2O5
Poprawny wzór	P4O6	P4O10

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).

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.

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.

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

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.

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

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

Tlenki	Opis	Przykład
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

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.

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  . 

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