К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов: примеры, свойства

Бинарные соединения кислорода с неметаллическими элементами – это большая группа веществ, которые входят в класс оксидов. Многие оксиды неметаллов всем хорошо известны. Это, например, углекислый газ, вода, двуокись азота. В нашей статье мы рассмотрим их свойства, выясним области применения бинарных соединений и их влияние на окружающую среду.

Общая характеристика

Практически все неметаллические элементы, за исключением фтора, аргона, неона и гелия, могут образовывать оксиды. Большинство элементов имеют несколько оксидов. Например, сера образует два соединения: двуокись серы и серный ангидрид. Это вещества, в которых валентность сульфура равна четырем и шести соответственно. Водород и бор имеют только по одному оксиду, а наибольшее количество бинарных веществ с кислородом характерно для азота. Высшими называются такие окислы, в которых степень окисления атома неметалла равна номеру группы, где находится элемент в периодической системе. Так, CO₂ и SO₃ – это высшие оксиды углерода и серы. Некоторые соединения могут подвергаться дальнейшему окислению. Например, угарный газ в таком случае превращается в диоксид углерода.

Строение и физические свойства

Практически все известные оксиды неметаллов состоят из молекул, между атомами которых образуются ковалентные связи. Сами частицы вещества могут быть как полярными (например, у диоксида серы), так и неполярными (молекулы углекислого газа). Двуокись кремния, представляющая собой природную форму песка, имеет атомное строение. Агрегатное состояние ряда кислотных оксидов может быть различным. Так, окислы карбона, такие как монооксид и диоксид углерода, - газообразны, а бинарные кислородные соединения водорода (H₂O) или серы в высшей степени окисления (SO₃) представляют собой жидкости. Особенностью воды является то, что оксид относится к несолеобразующим. Их еще называют безразличными.

Трехокись серы или серный ангидрид – это кристаллическое белое вещество. Оно быстро поглощает из воздуха влагу, поэтому диоксид серы хранят в запаянных колбах из стекла. Вещество используется в качестве осушителя воздуха и в производстве сульфатной кислоты. Окислы фосфора или кремния являются твердыми кристаллическими веществами. Взаимное превращение агрегатного состояния характерно для оксидов азота. Так, соединение NO₂ – это газ бурого цвета, а соединение с формулой N₂O₄ имеет вид бесцветной жидкости или белого твердого вещества. При нагревании жидкость превращается в газ, а его охлаждение приводит к образованию жидкой фазы.

Взаимодействие с водой

Известны реакции кислотных оксидов с водой. Продуктами реакций будут соответствующие кислоты:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ – сульфатная кислота

К ним можно отнести взаимодействие пятиокиси фосфора, а также диоксидов серы, азота, углерода с молекулами H₂O. Однако оксид кремния непосредственно с водой не реагирует. Чтобы получить силикатную кислоту, применяют косвенный способ. Сначала SiO₂ сплавляют со щелочью, например, с гидроксидом натрия. На полученную среднюю соль – силикат натрия, действуют сильной кислотой, например хлоридной.

В результате выпадает белый студенистый осадок кремниевой кислоты. Двуокись кремния может при нагревании реагировать с солями, при этом образуются летучие кислотные оксиды. К кислотным оксидам относятся несколько соединений азота, серы и фосфора, которые занимают ведущее место в загрязнении воздуха. Они взаимодействуют с атмосферной влагой, что приводит к образованию серной, нитратной и азотистой кислоты. Их молекулы вместе с дождем или снегом попадают на растения и почву. Кислотные осадки не только вредят посевам, снижая их урожайность, но также негативно влияют на здоровье людей. Они разрушают постройки из известняка или мрамора, вызывают коррозию металлических конструкций.

Безразличные окислы

К кислотным оксидам относится группа соединений, которые не могут вступать в реакции ни с кислотами, ни со щелочами и не образуют соли. Всем вышеперечисленным соединениям не соответствуют ни кислоты, ни основания, то есть они являются несолеобразующими. Таких соединений немного. Например, к ним относится угарный газ, закись азота и его монооксид - NO. Он, наряду с диоксидом азота и двуокисью серы, участвует в образовании смога над большими промышленными предприятиями и городами. Предотвратить образование токсичных окислов можно, если снизить температуру сгорания топлива.

Взаимодействие со щелочами

Способность к реакциям со щелочами – важная особенность кислотных оксидов. Например, при взаимодействии гидроксида натрия и трехокиси серы образуется соль (сульфат натрия) и вода:

SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O

К кислотным оксидам относится двуокись азота. Ее интересной особенностью является реакция со щелочью, в продуктах обнаруживаются соли двух видов: нитраты и нитриты. Это объясняется способностью оксида азота (IV) при взаимодействии с водой образовывать две кислоты – азотную и азотистую. Двуокись серы также взаимодействует со щелочами, при этом образуются средние соли – сульфиты, а также вода. Соединение, попадая в воздух, сильно загрязняет его, поэтому на предприятиях, использующих топливо с примесью SO₂, отработанные промышленные газы очищают, распыляя в них негашеную известь или мел. Также можно пропускать диоксид серы через известковую воду или раствор сульфита натрия.

Роль бинарных кислородных соединений неметаллических элементов

Многие кислотные оксиды имеют важное практическое значение. Например, углекислый газ используют в огнетушителях, так как он не поддерживает горение. Окись кремния – песок, широко используется в строительной промышленности. Угарный газ является исходным сырьем для получения метилового спирта. К кислотным оксидам относится пятиокись фосфора. Это вещество применяют в производстве ортофосфорной кислоты.

Бинарные кислородные соединения неметаллов влияют на организм человека. Большинство из них являются токсичными. О вредном влиянии угарного газа мы говорили ранее. Также доказано негативное воздействие оксидов азота, особенно двуокиси азота, на дыхательную и сердечно-сосудистую систему. К кислотным оксидам относится углекислый газ, который не считают ядовитым веществом. Но если его объемная доля в воздухе превышает 0,25%, у человека возникают симптомы удушья, которые могут иметь летальный исход вследствие остановки дыхания.

В нашей статье мы изучили свойства кислотных оксидов и привели примеры их практического значения в жизни человека.