Według najprostszej definicji, tlenki to związki chemiczne zbudowane z atomów tlenu oraz atomów danych pierwiastków.
Tlenki są substancjami niezwykle rozpowszechnionymi w przyrodzie. Krzemionka, czyli tlenek krzemu stanowi niemal jedną czwartą masy płaszcza ziemi. Występują w powietrzu - tlenki węgla, tlenki siarki; w postaci ciał stałych, budujących wiele minerałów i skał. Są po prostu wszędzie.
Podział tlenków ze względu na ich charakter chemiczny.
Ze względu na ogromną różnorodność tlenków, nie wszystkie wykazują podobne właściwości chemiczne. Aby móc rozpatrzeć i określić ich zachowanie w stosunku do innych substancji, reaktywność oraz właściwości fizyczne, należy podzielić je na kilka grup.
- Tlenki zasadowe
Tlenki zasadowe to tlenki, które wchodzą w reakcje z kwasami, natomiast są odporne na działanie zasad.
W wyniku reakcji tlenku o charakterze zasadowym z kwasem powstaje sól.
Np. MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
MgO + NaOH → nie zachodzi
K2O + H2CO3 → K2CO3 + H2O
K2O + Mg(OH)2 → nie zachodzi
Tlenki zasadowe są często nazywane zwyczajowo bezwodnikami zasadowymi, ponieważ większość z nich (tlenki litowców oraz berylowców) rozpuszcza się w wodzie tworząc zasady (wodorotlenki metali o charakterze zasadowym).
Odczyn chemiczny takiego roztworu jest alkaliczny.
Np. Na2O + H2O → 2 NaOH
CaO + H2O → Ca(OH)2
Do tlenków zasadowych można zaliczyć wszystkie tlenki litowców (Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O), tlenki berylowców z wyjątkiem tlenku berylu (MgO, CaO, SrO, BaO) oraz niektóre tlenki metali bloku d (m.in. CrO, MnO, HgO, NiO, Ni2O3, Co2O3).
- Tlenki kwasowe
Tlenki kwasowe to tlenki, które wchodzą w reakcje z zasadami, natomiast są odporne na działanie kwasów.
W wyniku reakcji tlenku o charakterze kwasowym z zasadą powstaje sól.
Np. SO2 + 2 NaOH → Na2SO3 + H2O
SO2 + HCl → nie zachodzi
CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O
CO2 + H2SO4 → nie zachodzi
Tlenki kwasowe są często nazywane zwyczajowo bezwodnikami kwasowymi, ponieważ zdecydowana większość z nich (wyjątek stanowi m.in. SiO2) rozpuszcza się w wodzie tworząc kwasy tlenowe.
Odczyn chemiczny takiego roztworu jest kwaśny.
Np. SO3 + H2O → H2SO4
N2O3 + H2O → 2 HNO2
Do tlenków kwasowych można zaliczyć m.in.: CO2 - tlenek węgla (IV), SO2 - tlenek siarki (IV), SO3 - tlenek siarki (VI), N2O3 - tlenek azotu (III), N2O5 - tlenek azotu (V), P2O5 - tlenek fosforu (V), P2O3 - tlenek fosforu (III), As2O5 - tlenek arsenu (V) oraz wszystkie tlenki chloru, bromu i jodu. Oprócz tych wymienionych, także niektóre tlenki metali bloku d na swojej najwyższej wartościowości wykazują cechy tlenków kwasowych np. : Mn2O7 - tlenek manganu (VII), CrO3 - tlenek chromu (VI).
- Tlenki amfoteryczne
Tlenki amfoteryczne to tlenki, które wchodzą w reakcje zarówno z kwasami, jak i z zasadami.
W wyniku reakcji tlenku o charakterze amfoterycznym z kwasem powstaje sól, natomiast w wyniku reakcji z zasadą tworzy się związek koordynacyjny o charakterze soli.
Np. Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O
Al2O3 + 6 NaOH + 3 H2O → 2 Na3[Al(OH)6]
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
CuO + H2O + 2 KOH → K2[Cu(OH)4]
Tlenki amfoteryczne na ogół są nie rozpuszczalne w wodzie i łatwo wytrącają się z roztworów wodnych w postaci osadów. Z tego względu ich odczyn chemiczny jest obojętny.
Do ważniejszych tlenków amfoterycznych można zaliczyć: Al2O3 - tlenek glinu, CuO - tlenek miedzi (II), Cu2O - tlenek miedzi (I), ZnO - tlenek cynku, MnO2 - tlenek manganu (IV), Cr2O3 - tlenek chromu (III), FeO - tlenek żelaza (II), Fe2O3 - tlenek żelaza (III) , As2O3 - tlenek arsenu (III), tlenki ołowiu (PbO i PbO2), tlenki cyny (SnO i SnO2) oraz tlenki antymonu (Sb2O3 i Sb2O5).
- Tlenki obojętne
Tlenki obojętne to tlenki, które nie wchodzą w reakcje ani z kwasami, ani z zasadami.
Nie tworzą soli, nie są bezwodnikami ani kwasowymi, ani zasadowymi.
Np. NO + HCl → nie zachodzi
NO + NaOH → nie zachodzi
Zazwyczaj tlenki te nie rozpuszczają się w wodzie, a jeżeli nawet, to tylko w sposób fizyczny. Nie reagują z wodą.
Np. CO + H2O → nie zachodzi
Do grupy tlenków obojętnych należy tylko kilka związków. Można wymieć je: NO - tlenek azotu (II), CO - tlenek węgla (II), N2O - tlenek azotu (I).
Podział tlenków ze względu na rodzaj pierwiastka wchodzącego w skład tlenku
Poza wyżej wymieniony podziałem na tlenki kwasowe, zasadowe, amfoteryczne i obojętne tlenki można je także podzielić na tlenki metali i tlenki niemetali.
- Tlenki metali
Tlenki niemetali to związki metalu z tlenem.
Są na ogół ciałami stałymi o wysokich temperaturach przejść fazowych. Ich cząsteczki charakteryzują się budową jonową lub polarną. Większość tlenków metali reaguje z wodą tworząc wodorotlenki (często dopiero w podwyższonej temperaturze). Wykazują najczęściej charakter chemiczny zasadowy lub amfoteryczny, niektóre z nich mogą być kwasowe.
- Tlenki niemetali
Tlenki niemetali to związki niemetalu z tlenem
Mogą występować w różnych stanach skupienia, choć na ogół są gazami lub cieczami. Charakteryzują się stosunkowo niskimi temperaturami przejść fazowych. Ich cząsteczki SA silnie spolaryzowane. Większość tlenków niemetali reaguje z wodą tworząc kwasy. Najczęściej wykazują charakter chemiczny kwasowy lub obojętny, rzadziej amfoteryczny.
Nazewnictwo tlenków
Obecnie stosuje się dwa systemy nazewnictwa tlenków, przy czym pierwszy jest nazewnictwem systematyczny i zalecanym, natomiast drugi bardziej zwyczajowy, ale mimo to dozwolony.
- System Stocka
System ten opiera się na określeniu wartościowości pierwiastków budujących dany związek. W przypadku tlenków najpierw używa się określenia tlenek, a następnie w wymienia się nazwę pierwiastka w dopełniaczu. Na końcu, w okrągłym nawiasie, za pomocą cyfr rzymskich podaje się wartościowość tego pierwiastka w danym tlenku. Jeżeli dany pierwiastek tworzy związki tylko na jednym stopniu utlenienia (jednej wartościowości), to należy pominąć zapisanie tej wartościowości.
Np. PbO - tlenek ołowiu (II)
PbO2 - tlenek ołowiu (IV)
Al2O3 - tlenek glinu
MgO - tlenek magnezu
- System przedrostków
System ten opiera się na zapisie wzoru chemicznego danego związku, a dokładniej na indeksach stechiometrycznych. Jeżeli w danej cząsteczce występują dwa takie same atomu przed nazwą należy dodać przedrostek dwu- lub di- , jeżeli trzy - trój- lub tri- itd. Dla pojedynczo występujących atomów w cząsteczce nie dodaje się przedrostków.
Np. CO - tlenek węgla
CO2 - dwutlenek węgla (ditlenek węgla)
Al2O3 - trójtlenek dwuglinu
- Dawniej stosowany był jeszcze system nazewnictwa oparty na końcówkach -owy (dla tlenków o najwyższej wartościowości) oraz -awy (dla tlenków o niższej wartościowości). Obecnie takie nazewnictwo nie jest zalecane, stopniowo wychodzi z polskiej nomenklatury związków chemicznych.
Np. SO2 - tlenek siarkawy
SO3 - tlenek siarkowy
Wiązania chemiczne w cząsteczkach tlenków
Rodzaj wiązania chemicznego pomiędzy atomem tlenu, a atomem pierwiastka zależy od różnicy elektroujemności między nimi. Tlenki litowców, berylowców oraz borowców (z wyjątkiem boru) wykazują budowę jonową, ponieważ pierwiastki należące do tych grup wykazują niską wartość elektroujemności wyrażonej w skali Paulinga (od 0,7 dla cezu do 1,5 dla glinu). Przypadku pozostałych pierwiastków widać wzrost kowalencyjności w ich tlenkach. Wynika z tego, że generalnie tlenki niemetali wykazują polarną budowę cząsteczek.
Otrzymywanie tlenków
Poniżej przedstawionych zostało kilka ogólnych sposobów otrzymywania tlenków. Należy jednak pamiętać, że nie wszystkie tlenki da się otrzymać każdą metodą. Chcąc uzyskać określony tlenek, trzeba odszukać w literaturze najlepszy, indywidualny sposób.
- Rozkład termiczny soli oraz wodorotlenków metali
Np. CaSO3 → CaO + SO2
Mg(OH)2 → MgO + H2)
- Redukcja tlenków - z tlenku pierwiastka o wyższej wartościowości otrzymujemy tlenek pierwiastka o niższej wartościowości.
Np. PbO2 + H2 → PbO + H2O
2 MnO2 + H2 → Mn2O3 + H2O
- Utlenianie tlenków - - z tlenku pierwiastka o niższej wartościowości otrzymujemy tlenek pierwiastka o wyższej wartościowości.
Np. 2 CO + O2 → 2 CO2
2 SO2 + O2 → 2 SO3
- Bezpośrednia synteza z pierwiastków - tzw. reakcja spalania
Np. C + O2 → CO2
2 Ca + O2 → 2 CaO
