Оксигеновмісні сполуки неметалів

І

Неметали утворюють два класи кисневмісних сполук - оксиди і гідроксиди.

Оксиди неметалів. В оксидах, як відомо, Оксиген має ступінь окиснення - 2. Лише в сполуці ОF₂ він дорівнює + 2. Оксиген може мати ступінь окиснення — 1, наприклад у молекулі пероксиду гідрогену Н₂О₂ (Н-О-О-Н). Спо­луки, в яких Оксиген має ступінь окиснення — 1, називаються пероксидами. Майже всі неметали утворюють кілька оксидів, бо елементи мають змінну валентність. Наприклад: оксиди карбону(II й IV) СО та СО₂, оксиди нітрогену (І—V) N₂О, NO, N₂О₃, NО₂, N₂О₅, оксиди сульфуру (IV й VI) SО₂ та SО₃ тощо. Отже, за складом молекул оксиди неметалів поділяються на нормальні (СО₂, NО₂, SО₂, Сl₂О₇) та пероксиди (Н₂O₂).

Зв'язок Е-О у молекулах оксидів - ковалентний, але залежно від природи елемента ступінь його полярності буде різним.

Оксиди неметалів - це кислотні оксиди, кислотний характер яких збільшується із збільшенням ступеня окиснення, про що свідчить також зростання теплового ефекту реакцій розчинення оксидів у воді. Наприклад:

На цих реакціях засновано добування кисневмісних кислот. Розчинення оксидів у воді залежить від полярності їхніх молекул. Так, СО₂, молекула якого неполярна, погано розчиняється у воді, утворюючи слабку вугільну кислоту:

Більшість кислотних оксидів є солетворними.

Окисно-відновні властивості оксидів неметалів залежать від ступеня окиснення елемента і природи компонента в реакції. Так, NО на повітрі окиснюється і є відновником:

На відміну від нітроген(ІІ) оксиду нітроген(ІV) оксид є сильним окисником: в ньому горять фосфор, сірка, вуглець і деякі органічні сполуки. Але нітроген (IV) оксид може бути й відновником:

2NO₂ + H₂O ® HNO₃ + HNO₂

Порівняно з нітрогеном (ІІ) оксидом NO для нітороген (IV) оксиду NO₂ більш характерною є окиснювальна функція. Нарешті, оксид N₂O₅ — дуже сильний окисник (і лише окисник!). Органічні речовини в його середовищі заго­ряються.

Таким чином, для оксидів із низьким позитивним ступе­нем окиснення характерні відновні властивості; з високим, що відповідає номеру групи, — окиснювальні, а з проміжним — окиснювальні й відновні.

Оксигеновмісні кислоти. Ви неодноразово помічали, що один і той же елемент може утворювати кілька кислот, наприклад:

сульфітна H₂SO₃ і сульфатна H₂SO₄, нітритна HNO₂ і нітратна HNO₃. У цьому випадку головна причина полягає у ступені окиснен­ня відповідного елемента. Крім того, різноманітність кислот залежить і від кількості молекул води, що може зв'язатися з молекулою відповідного оксиду. Так, у метакислотах на один моль оксиду припадає не більше одного моля води, а в ортокислотах — більше одного моля води:

Хімічні властивості кислот зумовлені їхньою здатністю дисоціювати у водних розчинах з утворенням іонів гідроксонію Н₃О⁺. Сила оксигеновмісних кислот різна і характери­зується ступенем дисоціації (табл. 15).

Сила оксигеновмісних кислот у групах р-елементів із збіль­шенням протонного числа елемента послаблюється, а у періодах посилюється від IV до VII групи.

Згідно з теорією електролітичної дисоціації, всі загальні характерні властивості кислот (кислий смак, зміна забар­влення індикатору, взаємодія з основами, основними окси­дами, солями) зумовлені іонами гідроксонію.

Особливі властивості оксигеновмісних кислот стосуються їхньої окиснювальної здатності. В цих сполуках елемент пере­буває у вищому ступені окиснення, тому такі кислоти є сильними окисниками відносно як металів різної активності, так і неметалів та органічних речовин. Сказане повною мірою стосується нітратної кислоти будь-якої концентрації й концент­рованої сульфатної кислоти. Розглянемо деякі приклади:

1. Взаємодія концентрованих нітратної і сульфатної кислот із металами різної активності:

2. Взаємодія розведених сірчаної й азотної кислот із мета­лами різної активності:

З наведених рівнянь реакцій виходить, що неметал у моле­кулі кислоти (Нітроген або Сульфур) знижує свій ступінь окиснення, тобто є окисником. Виняток становить дія розчину ссульфатної кислоти на активні метали.

Характер взаємодії цих кислот із неметалами відображений у таблиці 15. Вам відомо, що концентрована сульфатна кислота обвуглює органічні речовини — цукор, папір, деревину тощо, відбираючи від них елементи води. При цьому утворюються гідрати сульфатної кислоти. Обвуглювання цукру відбувається за таким рівнянням:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + nH₂SO₄ ® 12C + H₂SO₄×12H₂O

Вугілля, що утворилося, частково вступає у взаємодію з кислотою:

C + 2H₂SO₄ ® CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Кислоти з меншим ступенем окиснення неметалу можуть бути відновниками (нітритна кислота HNO₂ — сильний від­новник) і окисником залежно від властивостей речовини-партнера. Зіставимо нітритну й сульфітну кислоти:

Отже, о ксигеновмісні сполуки у вищих ступенях окиснення неметалу — окисники, а у нижчих — відновники й окисники залежно від умов реакції.

Таким чином, оксигеновмісні кислоти неметалів мають як загальні характерні властивості, так і особливі.