Как найти оксид в химии формула

§ 17	Валентность. Составление формул оксидов

Вы, наверное, обратили внимание на то, что оксиды различных химических элементов по составу отличаются друг от друга. Например, на один атом кислорода в воде H₂O приходятся два атома водорода, а в оксиде магния MgO — один атом магния. Как это можно объяснить?

В XIX в. учёные предположили, что атомы разных элементов обладают различной способностью присоединять к себе другие атомы. Так, атом водорода может присоединить лишь один атом другого химического элемента, кислород — два атома, азот — три. В настоящее время известно, что атомы, входящие в состав молекул, соединены между собой химическими связями в определённой последовательности. Чтобы показать это, используют структурные формулы, выражающие не только число атомов, но и последовательность их соединения. Химические связи между атомами в молекулах принято обозначать чёрточками.

Слово «валентность» в переводе с латинского означает «сила, способность».

Изобразим структурную формулу воды:

Обратите внимание на то, что атомы водорода в молекуле воды не связаны друг с другом, а соединены только с атомом кислорода. Каждый атом водорода образует одну химическую связь (от символа H отходит одна чёрточка) — он одновалентен. Атом кислорода образует две связи — он двухвалентен. Число чёрточек, отходящих от символа химического элемента в структурной формуле, и есть валентность данного атома.

Установлено, что и в других соединениях водород всегда одновалентен, т. е. атомы водорода образуют лишь одну связь. Валентность кислорода всегда равна двум.

В молекуле углекислого газа CO₂ атом углерода образует с каждым атомом кислорода две двойные связи, которые равноценны четырём одинарным (четыре чёрточки в структурной формуле), следовательно, углерод в этом веществе четырёхвалентен:

OCO.

Зная валентность одного химического элемента в соединении, можно определить валентность другого. Так, хлор в хлороводороде HCl одновалентен, азот в аммиаке NH₃ трёхвалентен, а валентность углерода в метане CH₄ равна четырём:

Для обозначения валентности обычно используют римские цифры, которые ставят в формуле над символом химического элемента:

Чтобы подсчитать валентность, нет необходимости каждый раз рисовать структурные формулы. Легко заметить, что в соединении общее число единиц валентности всех атомов одного элемента всегда равно общему числу единиц валентности всех атомов другого элемента. Иными словами, произведение числа атомов одного элемента на его валентность равно произведению числа атомов второго элемента на его валентность.

Таблица 4

Последовательность действий	Составление формулы
Указать валентность кислорода
Умножить число атомов кислорода на численное значение его валентности (II)	3•2 = 6	2•2 = 4
Разделить полученное значение на индекс, показывающий число атомов другого элемента	6 : 2 = 3	4 : 1 = 4
Записать значение валентности над символом этого элемента

Например:

.

Для углерода (число атомов равно 1): IV•1 = 4;

для кислорода (число атомов равно 2): II•2 = 4.

Чтобы определить валентность элемента в оксиде по формуле, необходимо провести следующие математические вычисления (табл. 4).

Некоторые химические элементы проявляют в соединениях постоянную валентность (табл. 5), её надо запомнить, другие — переменную.

Химические элементы с постоянной валентностьюТаблица 5

Валентность	Химические элементы
I	H, Na, K, Ag
II	O, Mg, Ca, Ba, Zn
III	Al

Таблица 6

Последовательность действий	Составление формулы
Записываем символы химических элементов (кислород на втором месте) и указываем их валентность (кислород двухвалентен, валентность второго элемента либо дана в названии, либо постоянна и приведена в таблице 5)	Оксид алюминия	Оксид углерода(IV)
Находим наименьшее общее кратное двух числовых значений валентности	III и II ⇒ 6	IV и II ⇒ 4
Находим индексы, поделив наименьшее общее кратное на численные значения валентности данного элемента	6 : 3 = 2 (Al) 6 : 2 = 3 (O)	4 : 4 = 1 (C) 4 : 2 = 2 (O)
Записываем индексы после знаков химических элементов	Al2O3	CO2

Обратите внимание, что значения валентности многих металлов совпадают с номерами групп Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, в которых они находятся.

Значение переменной валентности принято указывать в скобках в названии соединения, например: — оксид углерода(IV),  — оксид углерода(II).

Рассмотрим, как можно составить формулу оксида по его названию (табл. 6).

Понятие о валентности возникло на заре современной химии, поэтому его использование в настоящее время вызывает много вопросов. Как, например, определить валентность атомов в простых веществах? В железе при комнатной температуре у каждого атома 8 ближайших соседей (см. рис. 23, а). Означает ли это, что железо восьмивалентно? Как быть с другими веществами немолекулярного строения? Так, оксиды металлов, как правило, не образуют молекул. Строение того же оксида алюминия Al₂O₃ лишь формально можно изобразить структурной формулой OAlOAlO, на самом деле в этом веществе каждый атом алюминия находится в окружении шести атомов кислорода. Поэтому приведённую формулу принято называть графической. В общем, надо помнить, что валентность имеет реальный смысл лишь в случае веществ молекулярного строения.

1.Дайте определение понятия «валентность».

2.Зная, что водород одновалентен, определите валентность химических элементов по формулам соединений: NaH, CaH₂, AlH₃, CH₄, PH₃, H₂S, HF.

3.Определите валентность элементов по формулам оксидов и назовите вещества: P₂O₅, SO₂, SO₃, NO, Na₂O, CaO, Mn₂O₇, SnO₂, I₂O₅, H₂O.

4.Напишите формулы следующих оксидов: оксида магния, оксида фосфора(III), оксида калия, оксида хлора(IV), оксида железа(III), оксида меди(II), оксида кремния(IV), оксида хлора(VII), оксида цинка, оксида алюминия, оксида водорода, оксида золота(III).

5.В соединениях с кислородом марганец проявляет валентности II, III, IV, VII. Составьте формулы этих оксидов и назовите их.

6.Хлор образует четыре оксида, в которых он проявляет валентности I, III, V и VII. Составьте формулы этих соединений и назовите их.

7.При горении магния, цинка и алюминия в кислороде образуются их оксиды. Составьте формулы этих соединений, напишите уравнения реакций.

.

.

Формулы
оксидов можно составлять по правилу креста:

^Рис.1

Запомни при составлении
формул первым ставят
элемент степень окисления. которого со знаком +, а
вторым элемент с отрицательной степенью окисления. Для оксидов это
всегда кислород.
Далее
необходимо:
1. расставить степени
окисления
(с.о.) для каждого атома. Кислород в оксидах всегда имеет с.о. -2
(минус два).
2. Для того чтобы
правильно
определить степень окисления. второго элемента необходимо познакомится
с таблицей возможных степеней окисления некоторых элементов:

Таблица.1 Степени окисления некоторых элементов

Элемент	Возможные степени окисления
N (азот)	-3, 0, +1, +2, +3, +4,+5.
P (фосфор)	-3, 0, +3, +5.
S (сера)	-2, 0, +4, +6.
C (углерод)	-4, 0, +2, +4.

Степень окисления «0» —
ноль имеют:

1. Простые вещества: Н₂,
Са, О₂ …
2. Сложные в-ва (в сумме): Са⁺²О^-2 (+2 – 2 =0)

рис.2

Запомни если степени
окисления.
элементов в бинарных соединениях равны по модулю, то индексы в формуле
не ставятся: Сa⁺²О^-2.

Составим формулу
оксида натрия:

По
таблице растворимости заряд иона натрия +,
соответственно степень окисления натрия имеет значение +1 (Na⁺¹),
с.о. кислорода в оксидах всегда -2.
Натрий
имеет положительный заряд, значит, его ставим первым, а вторым
ставим кислород и по правилу креста получим: Na₂⁺¹O^-2
или Na₂O.

Правило
наименьшего общего кратного
это способ наиболее универсальный для составления формул. Как им
пользоваться рассмотрим на примере.

Составить формулу
оксида серы (VI).

1.
У кислорода с.о. -2 следовательно в формуле он ставиться вторым, а
первым элементом будет сера ее с.о. указана в названии оксида VI, т. е
+6. S⁺⁶O^-2.
2.
Найдем наименьшее общее кратное. Для чисел 2 и 6 это будет 6.
3.
Находим индексы и расставляем для каждого элемента. См. рисунки ниже.
6 : 6 = 1 это индекс для серы.
Индексы со значением 1 в формулах не ставятся.

Рис.3

6 : 2 = 3
это индекс для кислорода

Рис.4

В результате получим
формулу оксида серы (VI):

* * *

.

План урока:

Оксиды

Кислоты

Основания

Соли

Оксиды

В состав оксидов ВСЕГДА входит ТОЛЬКО два элемента, один из которых будет кислород. В этом классе соединений срабатывает правило, третий элемент лишний, он не запасной, его просто не должно быть. Второе правило, степень окисления кислорода равна -2. Из выше сказанного, определение оксидов будет звучать в следующем виде.

Оксиды в природе нас окружают повсюду, честно говоря, сложно представить нашу планету без двух веществ – это вода Н₂О и песок SiO₂.

Вы можете задаться вопросом, а что бывают другие бинарные соединения с кислородом, которые не будут относиться к оксидам.

Поранившись, Вы обрабатываете рану перекисью водорода Н₂О₂. Или для примера соединение с фтором OF₂. Данные вещества вписываются в определение, так как состоят из 2 элементов и присутствует кислород. Но давайте определим степени окисления элементов.

Данные соединения не относятся к оксидам, так как степень окисления кислорода не равна -2.

Кислород, реагируя с простыми, а также сложными веществами образует оксиды. При составлении уравнения реакции, важно помнить, что элементу О свойственна валентность II (степень окисления -2), а также не забываем о коэффициентах. Если не помните, какую высшую валентность имеет элемент, советуем Вам воспользоваться периодической системой, где можете найти формулу высшего оксида.

Рассмотрим на примере следующих веществ кальций Са, мышьяк As и алюминий Al.

Подобно простым веществам реагируют с кислородом сложные, только в продукте будет два оксида. Помните детский стишок, а синички взяли спички, море синее зажгли, а «зажечь» можно Чёрное море, в котором содержится большое количество сероводорода H₂S. Очевидцы землетрясения, которое произошло в 1927 году, утверждают, что море горело.

Чтобы дать название оксиду вспомним падежи, а именно родительный, который отвечает на вопросы: Кого? Чего? Если элемент имеет переменную валентность в скобках её необходимо указать.

Классификация оксидов строится на основе степени окисления элемента, входящего в его состав.

Реакции оксидов с водой определяют их характер. Но как составить уравнение реакции, а тем более определить состав веществ, строение которых Вам ещё не известно. Здесь приходит очень простое правило, необходимо учитывать, что эта реакция относиться к типу соединения, при которой степень окисления элементов не меняется.

Возьмём основный оксид, степень окисления входящего элемента +1, +2(т.е. элемент одно- или двухвалентен). Этими элементами будут металлы. Если к этим веществам прибавить воду, то образуется новый класс соединений – основания, состава Ме(ОН)_n, где n равно 1, 2 или 3, что численно отвечает степени окисления металла, гидроксильная группа ОН- имеет заряд –(минус), что отвечает валентности I.При составлении уравнений не забываем о расстановке коэффициентов.

Аналогично реагируют с водой и кислотные оксиды, только продуктом будет кислота, состава Н_хЭО_у. Как и в предыдущем случае, степень окисления не меняется, тип реакции — соединение. Чтобы составить продукт реакции, ставим водород на первое место, затем элемент и кислород.

Особо следует выделить оксиды неметаллов в степени окисления +1 или +2, их относят к несолеобразующим. Это означает, что они не реагируют с водой, и не образуют кислоты либо основания. К ним относят CO, N₂O, NO.

Чтобы определить будет ли оксид реагировать с водой или нет, необходимо обратиться в таблицу растворимости. Если полученное вещество растворимо в воде, то реакция происходит.

 

Золотую середину занимают амфотерные оксиды. Им могут соответствовать как основания, так и кислоты, но с водой они не реагируют. Они образованные металлами в степени окисления +2 или +3, иногда +4. Формулы этих веществ необходимо запомнить.

Кислоты

Если в состав оксидов обязательно входит кислород, то следующий класс узнаваем будет по наличию атомов водорода, которые будут стоять на первом месте, а за ними следовать, словно нитка за иголкой, кислотные остатки.

В природе существует большое количество неорганических кислот. Но в школьном курсе химии рассматривается только их часть. В таблице 1 приведены названия кислот.

Валентность кислотного остатка определяется количеством атомов водорода. В зависимости от числа атомов Н выделяют одно- и многоосновные кислоты.

Если в состав кислоты входит кислород, то они называются кислородсодержащими, к ним относится серная кислота, угольная и другие. Получают их путём взаимодействия воды с кислотными оксидами. Бескислородные кислоты образуются при взаимодействии неметаллов с водородом.

Только одну кислоту невозможно получить подобным способом – это кремниевую. Отвечающий ей оксид SiO₂ не растворим в воде, хотя честно говоря, мы не представляем нашу планету без песка.

Основания

Для этого класса соединений характерно отличительное свойство, их ещё называют вещества гидроксильной группы — ОН.

Чтобы дать название, изначально указываем класс – гидроксиды, потом добавляем чего, какого металла.

Классификация оснований базируется на их растворимости в воде и по числу ОН-групп.

Следует отметить, что гидроксильная группа, также как и кислотный остаток, это часть целого. Невозможно получить кислоты путём присоединения водорода к кислотному остатку, аналогично, чтобы получить основание нельзя писать уравнение в таком виде.

Na + OH →NaOH        или            H₂ + SO₄→ H₂SO₄

В природе не существуют отдельно руки или ноги, эта часть тела. Варианты получения кислот были описаны выше, рассмотрим, как получаются основания. Если к основному оксиду прибавить воду, то результатом этой реакции должно получиться основание. Однако не все основные оксиды реагируют с водой. Если в продукте образуется щёлочь, значит, реакция происходит, в противном случае реакция не идёт.

Данным способом можно получить только растворимые основания. Подтверждением этому служат реакции, которые вы можете наблюдать. На вашей кухне наверняка есть алюминиевая посуда, это могут быть кастрюли или ложки. Эта кухонная утварь покрыта прочным оксидом алюминия, который не растворяется в воде, даже при нагревании. Также весной можно наблюдать, как массово на субботниках белят деревья и бордюры. Берут белый порошок СаО и высыпают в воду, получая гашеную известь, при этом происходит выделение тепла, а это как вы помните, признак химического процесса.

Раствор щёлочи можно получить ещё одним методом, путём взаимодействия воды с активными металлами. Давайте вспомним, где они размещаются в периодической системе – I, II группа. Реакция будет относиться к типу замещения.

Напрашивается вопрос, а каким же образом получаются нерастворимые основания. Здесь на помощь придёт реакция обмена между щёлочью и растворимой солью.

Соли

С представителями веществ этого класса вы встречаетесь ежедневно на кухне, в быту, на улице, в школе, сельском хозяйстве.

Объединяет все эти вещества, что они содержат атомы металла и кислотный остаток. Исходя из этого, дадим определение этому классу.

Средние соли – это продукт полного обмена между веществами, в которых содержатся атомы металла и кислотный остаток (КО) (мы помним, что это часть чего-то, которая не имеет возможности существовать отдельно).

Выше было рассмотрено 3 класса соединений, давайте попробуем подобрать комбинации, чтобы получить соли, типом реакции обмена.

Чтобы составить название солей, необходимо указать название кислотного остатка, и в родительном падеже добавить название металла.

Ca(NO₃)₂– нитрат (чего) кальция, CuSO₄– сульфат (чего) меди (II).

Наверняка многие из вас что-то коллекционировали, машинки, куклы, фантики, чтобы получить недостающую модель, вы менялись с кем-то своей. Применим этот принцип и для получения солей. К примеру, чтобы получить сульфат натрия необходимо 2 моль щёлочи и 1 моль кислоты. Допустим, что в наличии имеется только 1 моль NaOH, как будет происходить реакция? На место одного атома водорода станет натрий, а второму Н не хватило Na. Т.е в результате не полного обмена между кислотой и основанием получаются кислые соли. Название их не отличается от средних, только необходимо прибавить приставку гидро.

Однако бывают случаи, с точностью наоборот, не достаточно атомов водорода, чтобы связать ОН-группы. Результатом этой недостачи являются основные соли. Допустим реакция происходит между Ва(ОН)₂ и HCl. Чтобы связать две гидроксильные группы, требуется два водорода, но предположим, что они в недостаче, а именно в количестве 1. Реакция пойдёт по схеме.

Особый интерес и некоторые затруднения вызывают комплексные соли, своим внешним, казалось,громоздким и непонятным видом, а именно квадратными скобками:K₃[Fe(CN)₆] или [Ag(NH₃)₂]Cl. Но не страшен волк, как его рисуют, гласит поговорка. Соли состоят из катионов (+) и анионов (-). Аналогично и с комплексными солями.

Образует комплексный ион элемент-комплексообразователь, обычно это атом металла, которого, как свита, окружают лиганды.

Источник

Теперь необходимо справиться с задачей дать название этому типу солей.

Попробуем дать название K₃[Fe(CN)₆]. Существует главный принцип, чтение происходит справа налево. Смотрим, количество лигандов, а их роль выполняют циано-группы CN⁻, равно 6 – приставка гекса. В комплексообразователем будут ионы железа. Значит, вещество будет иметь название гексацианоферрат(III) (чего) калия.

Образование комплексных солей происходит путём взаимодействия, к примеру, амфотерных оснований с растворами щелочей. Амфотерность проявляется способностью оснований реагировать как с кислотами, так и щелочами. Так возьмём гидроксид алюминия или цинка и подействуем на них кислотой и щёлочью.

В природе встречаются соли, где на один кислотный остаток приходится два разных металла. Примером таких соединений служат алюминиевые квасцы, формула которых имеет вид KAl(SO₄)₂. Это пример двойных солей.

Из всего вышесказанного можно составить обобщающую схему, в которой указаны все классы неорганических соединений.

 

В уроке 31 «Оксиды» из курса «Химия для чайников» познакомимся с оксидами их классификацией, а также узнаем где они встречаются в природе.

Все неорганические вещества делятся на несколько классов, важнейшими из которых являются оксиды, кислоты, основания и соли. Первоначальные сведения об этих веществах вы уже получили. Теперь вам предстоит познакомиться с ними более подробно и систематизировать свои знания.

Вы уже знаете, что самым распространенным элементом на Земле является кислород. Его атомы, соединяясь с атомами других элементов, образуют огромное количество сложных неорганических веществ, среди которых важное место занимают оксиды.

Состав оксидов

В состав любого оксида входят атомы двух химических элементов, один из которых — кислород, например: Н₂О, Al₂O₃, Р₂О₅, CuO, Cl₂O₇. Всего известно около трехсот разных оксидов. Их общая химическая формула — ЭxOy, где буква Э обозначает символ химического элемента, образующего оксид, О — символ кислорода, а буквы x и y — индексы, обозначающие число атомов в молекулах или в формульных единицах оксидов.

Поскольку валентность атомов кислорода в оксидах всегда равна II, а валентность атомов других элементов принимает значения от I до VIII, состав оксидов выражается формулами, приведенными в следующей таблице.

Классификация оксидов

Поскольку оксидов известно очень много, возникает необходимость классификации этих веществ по их химическим свойствам, т. е. по способности превращаться в другие вещества.

Вы уже знаете, что оксиды могут реагировать с водой, превращаясь при этом в соединения двух типов — кислоты и основания. Так, например, оксид фосфора(V) P₂O₅, присоединяя воду, превращается в кислоту H₃PO₄:

а оксид кальция CaO, взаимодействуя с водой, превращается в основание Ca(OH)₂:

Иначе говоря, оксиду фосфора соответствует кислота, а оксиду кальция соответствует основание. Исходя из этого, оксиды можно разделить на две большие группы — кислотные и основные оксиды.

К кислотным относятся оксиды, которым соответствуют кислоты. Наряду с Р₂О₅, кислотными являются также оксиды: CO₂, SiO₂, SO₂, N₂O₅, SO₃ и некоторые другие. Всем им соответствуют кислоты.

К основным относятся оксиды, которым соответствуют основания. Кроме СaO, основными являются оксиды: Na₂O, K₂O, BaO, FeO, CuO и ряд других. Всем этим оксидам соответствуют основания.

Оксиды в природе

Оксиды содержатся в каждой из трех оболочек нашей планеты — в атмосфере, гидросфере, литосфере.

Самым распространенным оксидом в атмосфере и гидросфере является вода H₂O, а в литосфере — оксид кремния(IV) SiO₂, встречающийся в виде красивых кристаллов кварца (рис. 116) и кварцевого песка.

Краткие выводы урока:

1. Оксиды делятся на кислотные и основные. Кислотным оксидам соответствуют кислоты, а основным — основания.
2. Оксиды широко распространены в природе.

Надеюсь урок 31 «Оксиды» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.