Физические свойства оксидов металлов

Обновлено: 07.01.2025

Оксиды – класс неорганических соединений, представляют собой соединения химического элемента с кислородом, в которых кислород проявляет степень окисления «-2».

Исключение дифторид кислорода (OF2), поскольку электроотрицательность фтора выше, чем у кислорода и фтор всегда проявляет степень окисления «-1».

Оксиды, в зависимости от проявляемых ими химических свойств подразделяют на два класса – солеобразующие и несолеобразующие оксиды. Солеобразующие оксиды имеют внутреннюю классификацию. Среди них выделяют кислотные, основные и амфотерные оксиды.

Химические свойства несолеобразующих оксидов

Несолеобразующие оксиды не проявляют ни кислотных, ни основных, ни амфотерных свойств, не образуют соли. К несолеобразующим оксидам относятся оксиды азота (I) и (II) (N2O, NO), оксид углерода (II) (CO), оксид кремния (II) SiO и др.

Несмотря на то, что несолеобразующие оксиды не способны к образованию солей при взаимодействии оксида углерода (II) с гидроксидом натрия образуется органическая соль – формиат натрия (соль муравьиной кислоты):

При взаимодействии несолеобразующих оксидов с кислородом получают высшие оксиды элементов:

\(\ 2 \mathrm+\mathrm 2=2 \mathrm 2 \)

Химические свойства солеобразующих оксидов

Среди солеобразующих оксидов различают основные, кислотные и амфотерные оксиды, первые из которых при взаимодействии с водой образуют основания (гидроксиды), вторые – кислоты, а третьи – проявляют свойства как кислотных, так и основных оксидов.

Основные оксиды реагируют с водой с образованием оснований:

\(\ \mathrm+2 \mathrm 2 \mathrm=\mathrm(\mathrm) 2+\mathrm 2 \uparrow \)

При взаимодействии основных оксидов с кислотными или амфотерными оксидами получаются соли:

\(\ \mathrm+\mathrm 2 \mathrm 7=\mathrm(\mathrm 4) 2 \)

\(\ \mathrm+\mathrm 2 \mathrm \mathrm=\mathrm(\mathrm 2) 2 \)

Основные оксиды реагируют с кислотами с образованием солей и воды:

\(\ \mathrm+\mathrm 2 \mathrm 4=\mathrm 4+\mathrm 2 \mathrm \)

При взаимодействии основных оксидов, образованных металлами, стоящими в ряду активности после алюминия, с водородом, происходит восстановление металлов, входящих в оксида:

\(\ \mathrm+\mathrm 2=\mathrm+\mathrm 2 \mathrm \)

Кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислот:

\(\ \mathrm 2 \mathrm 5+\mathrm 2 \mathrm=\mathrm 3 \)(метафосфорная кислота);

\(\ \mathrm 3+\mathrm 2 \mathrm=\mathrm 3 \mathrm 4 \)(ортофосфорная кислота);

\(\ \mathrm 3+\mathrm 2 \mathrm=\mathrm 2 \mathrm 4 \)

Некоторые кислотные оксиды, например, оксид кремния (IV) (\(\ \mathrm \mathrm 2 \)), не вступают в реакцию взаимодействия с водой, поэтому, соответствующие этим оксидам кислоты получают косвенным путем.

При взаимодействии кислотных оксидов с основными или амфотерными оксидами получаются соли:

\(\ \mathrm 2 \mathrm 5+3 \mathrm=\mathrm 3(\mathrm 4) 2 \)

\(\ \mathrm 2 \mathrm 5+\mathrm 2 \mathrm 3=2 \mathrm 4 \)

Кислотные оксиды реагируют с основаниями с образованием солей и воды:

\(\ \mathrm 2 \mathrm 5+6 \mathrm=3 \mathrm 3 \mathrm 4+3 \mathrm 2 \mathrm \)

Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотными и основными оксидами (см. выше), а также с кислотами и основаниями:

\(\ \mathrm 2 \mathrm 3+6 \mathrm=2 \mathrm 3+3 \mathrm 2 \mathrm \)

\(\ \mathrm 2 \mathrm 3+\mathrm+3 \mathrm 2 \mathrm=2 \mathrm[\mathrm(\mathrm) 4] \)

\(\ \mathrm+2 \mathrm+\mathrm 2 \mathrm=\mathrm 2[\mathrm(\mathrm) 4] 4 \)

Физические свойства оксидов

Большинство оксидов – твердые вещества при комнатной температуре (CuO – порошок черного цвета, CaO – белое кристаллическое вещество, Cr2O3 – порошок зеленого цвета и т.д.). Некоторые оксиды представляют собой жидкости (вода – оксид водорода – бесцветная жидкость, Cl2O7 – бесцветная жидкость) или газы (CO2 – газ без цвета, NO2 – газ бурого цвета). Строение оксидов также различно, чаще всего молекулярное или ионное.

Практически все оксиды можно получить по реакции взаимодействия конкретного элемента с кислородом, например:

К образованию оксидов также приводит термическое разложение солей, оснований и кислот:

\(\ \mathrm 3=\mathrm+\mathrm 2 \uparrow \)

\(\ 2 \mathrm(\mathrm) 3=\mathrm 2 \mathrm 3+3 \mathrm 2 \mathrm \)

\(\ 4 \mathrm 3=4 \mathrm 2+\mathrm 2+2 \mathrm 2 \mathrm \)

Среди других способов получения оксидов выделяют обжиг бинарных соединений, например, сульфидов, окисление высших оксидов до низших, восстановление низших оксидов до высших, взаимодействие металлов с водой при высокой температуре и др.

Примеры решения задач

При электролизе 40 моль воды выделилось 620 г кислорода. Определите выход кислорода.

Выход продукта реакции определяется по формуле:

Практическая масса кислорода – масса, указанная в условии задачи – 620 г. Теоретическая масса продукта реакции – масса, рассчитанная по уравнению реакции. Запишем уравнение реакции разложения воды под действием электрического тока:

\(\ 2 \mathrm 2 \mathrm=2 \mathrm 2+\mathrm 2 \)

Согласно уравнению реакции \(\ \mathrm(\mathrm 2 \mathrm) \mathrm(\mathrm 2)=2 : 1 \), следовательно \(\ (\mathrm 2)=1 / 2 \times \mathrm(\mathrm 2 \mathrm)=20 \) моль. Тогда, теоретическая масса кислорода будет равна:

\(\ \text < mtheor >(\mathrm 2)=\mathrm(\mathrm 2) \times \mathrm(\mathrm 2)=20 \times 32=640 \) г.

\(\ \eta(O 2)=620 / 640 \times 100 \%=96,9 \% \)

Выход кислорода – 96,9 %.

Определите простейшую формулу соединения, содержащего 68,4% хрома и 31,6% кислорода.

Обозначим количество атомов хрома и кислорода, входящих в состав оксида индексами \(\ x \) и \(\ y \). Тогда, формула оксида – \(\ \mathrm \). Составим соотношение:

\(\ \mathrm : \mathrm=\omega(\mathrm) / \mathrm(\mathrm) : \omega(\mathrm) / \mathrm(\mathrm) \)

\(\ x y=68,4 / 52 : 31,6 / 16 \)

Разделим на наименьшее значение – 1,3, получим, что \(\ x=1 \), а \(\ y=2 \). Следовательно формула оксида \(\ \mathrm 2 \).

Оксиды. Классификация, свойства, получение, применение.

Оксиды — это неорганические соединения, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Единственным элементом, не образующим оксид, является фтор, который в соединении с кислородом образует фторид кислорода. Это связано с тем, что фтор является более электроотрицательным элементом, чем кислород.

Данный класс соединений является очень распространенным. Каждый день человек встречается с разнообразными оксидами в повседневной жизни. Вода, песок, выдыхаемый нами углекислый газ, выхлопы автомобилей, ржавчина — все это примеры оксидов.

Классификация оксидов

Все оксиды, по способности образовать соли, можно разделить на две группы:

В свою очередь, солеобразующие оксиды подразделяют на 3 группы:

Основные оксиды — (Оксиды металлов — Na₂O, CaO, CuO и т д)
Кислотные оксиды — (Оксиды неметаллов, а так же оксиды металлов в степени окисления V-VII — Mn₂O₇,CO₂, N₂O₅, SO₂, SO₃ и т д)
Амфотерные оксиды (Оксиды металлов со степенью окисления III-IV а так же ZnO, BeO, SnO, PbO)

Данная классификация основана на проявлении оксидами определенных химических свойств. Так, основным оксидам соответствуют основания, а кислотным оксидам — кислоты. Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием соответствующей соли, как если бы реагировали основание и кислота, соответствующие данным оксидам:Аналогично, амфотерным оксидам соответствуют амфотерные основания, которые могут проявлять как кислотные, так и основные свойства:Химические элементы проявляющие разную степень окисления, могут образовывать различные оксиды. Чтобы как то различать оксиды таких элементов, после названия оксиды, в скобках указывается валентность.

CO₂ – оксид углерода (IV)

Физические свойства оксидов

Оксиды весьма разнообразны по своим физическим свойствам. Они могут быть как жидкостями (Н₂О), так и газами (СО₂, SO₃) или твёрдыми веществами (Al₂O₃, Fe₂O₃). Приэтом оснОвные оксиды, как правило, твёрдые вещества. Окраску оксиды также имеют самую разнообразную — от бесцветной (Н₂О, СО) и белой (ZnO, TiO₂) до зелёной (Cr₂O₃) и даже чёрной (CuO).

Химические свойства оксидов

Основные оксиды

Некоторые оксиды реагируют с водой с образованием соответствующих гидроксидов (оснований):Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами с образованием солей:Аналогично реагируют и с кислотами, но с выделением воды:Оксиды металлов, менее активных чем алюминий, могут восстанавливаться до металлов:

Кислотные оксиды

Кислотные оксиды в реакции с водой образуют кислоты: Некоторые оксиды (например оксид кремния SiO2) не взаимодействуют с водой, поэтому кислоты получают другими путями.

Кислотные оксиды взаимодействуют с основными оксидами, образую соли:Таким же образом, с образование солей, кислотные оксиды реагируют с основаниями:Если данному оксиду соответствует многоосновная кислота, то так же может образоваться кислая соль:Нелетучие кислотные оксиды могут замещать в солях летучие оксиды:

Амфотерные оксиды

Как уже говорилось ранее, амфотерные оксиды, в зависимости от условий, могут проявлять как кислотные, так и основные свойства. Так они выступают в качестве основных оксидов в реакциях с кислотами или кислотными оксидами, с образованием солей: И в реакциях с основаниями или основными оксидами проявляют кислотные свойства:

Получение оксидов

Оксиды можно получить самыми разнообразными способами, мы приведем основные из них.

Большинство оксидов можно получить непосредственным взаимодействием кислорода с химических элементом: При обжиге или горении различных бинарных соединений:Термическое разложение солей, кислот и оснований :Взаимодействие некоторых металлов с водой:

Применение оксидов

Оксиды крайне распространены по всему земному шару и находят применение как в быту, так и в промышленности. Самый важный оксид — оксид водорода, вода — сделал возможной жизнь на Земле. Оксид серы SO₃ используют для получения серной кислоты, а также для обработки пищевых продуктов — так увеличивают срок хранения, например, фруктов.

Оксиды железа используют для получения красок, производства электродов, хотя больше всего оксидов железа восстанавливают до металлического железа в металлургии.

Оксид кальция, также известный как негашеная известь, применяют в строительстве. Оксиды цинка и титана имеют белый цвет и нерастворимы в воде, потому стали хорошим материалом для производства красок — белил.

Оксид кремния SiO₂ является основным компонентом стекла. Оксид хрома Cr₂O₃ применяют для производства цветных зелёных стекол и керамики, а за счёт высоких прочностных свойств — для полировки изделий (в виде пасты ГОИ).

Оксид углерода CO₂, который выделяют при дыхании все живые организмы, используется для пожаротушения, а также, в виде сухого льда, для охлаждения чего-либо.

Свойства оксидов металлов

В таблице представлены теплофизические свойства оксидов (спеченных окислов) металлов при различной температуре. Даны значения свойств следующих плотных спеченных окислов: оксиды алюминия и магния Al₂O₃, MgO, оксид кальция CaO, оксид кремния SiO₂, оксид никеля NiO, оксид титана TiO, оксид циркония ZrO₂, оксид урана UO₂, оксид тория ThO₂, оксид плутония PuO₂

Теплопроводность спеченных окислов в таблице указана при температуре от 127 до 1727 °С в зависимости от пористости. Коэффициент линейного теплового расширения (КТР) указан при температуре от 300 до 400 К. Плотность оксидов металлов дана при комнатной температуре.

Теплопроводность спеченных оксидов металлов зависит от чистоты и кристаллической структуры исходных порошков, метода и степени прессования и режимов спекания. Теплопроводность порошкообразных окислов зависит от плотности, размера зерен и влажности; для любых порошкообразных оксидов металлов (не спеченных) теплопроводность лежит в пределах 0,1…1,1 Вт/(м·град).

В таблице даны следующие свойства оксидов металлов:

коэффициент линейного теплового расширения (КТР), 1/град;
плотность, кг/м 3 ;
пористость, %;
коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град).

Основные свойства оксидов металлов

В таблице приведены основные свойства оксидов металлов при комнатной температуре.
Свойства указаны для следующих оксидов металлов: Al₂O₃, MgO, TiO, Ti₂O₃, TiO₂, ZrO₂, оксид цинка ZnO, оксиды железа FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃, NiO, оксид меди CuO, оксид ванадия V₂O₅, оксид вольфрама WO₃, оксид марганца MnO₂, оксид бария BaO₂.

Даны следующие свойства оксидов металлов:

молекулярная масса оксида;
плотность, кг/м 3 ;
температура плавления, К;
теплота плавления, кДж/кг;
температура кипения, К;
теплота испарения при кипении, кДж/кг;
температура полиморфного превращения, К;
теплота полиморфного превращения, кДж/кг.

Теплопроводность плотных спеченных оксидов металлов

В таблице представлены значения теплопроводности плотных спеченных оксидов металлов (пористость равна нулю) в зависимости от температуры.
Теплопроводность дана для следующих оксидов металлов: оксид алюминия Al₂O₃, оксид бериллия BeO, оксид кальция CaO, оксид кремния SiO₂, оксид магния MgO, оксид никеля NiO, оксид титана TiO₂, оксид циркония ZrO₂. Теплопроводность окислов металлов приведена при температуре от 100 до 2000 К.

Видно, что в основном, теплопроводность оксидов снижается при росте температуры. В таблице также указана плотность оксидов металлов (оксидная керамика) при комнатной температуре.

Влияние нейтронного облучения на теплопроводность спеченных оксидов металлов

В таблице представлены значения теплопроводности плотных спеченных оксидов металлов до и после облучения потоком быстрых нейтронов.
Теплопроводность оксидов дана при комнатной температуре и при сверхнизких температурах (5…100 К).

Значения указаны для следующих оксидов металлов: BeO, Al₂O₃, SiO₂ (α-кварц), плавленый кварц, ZrSiO₄, шпинель, форстерит, фарфор, слюда.
Как видно из таблицы, значение коэффициента теплопроводности оксидов металлов при их облучении потоком быстрых нейтронов, в основном снижается.

Теплоемкость оксидов металлов

В таблице указаны значения истинной и средней удельных теплоемкостей оксидов металлов в зависимости от температуры.
Теплоемкости (размерность кДж/(кг·град)) даны при температуре от 0 до 1500°С.
Значения представлены для следующих оксидов металлов (компонентов огнеупорных материалов и шлаков): SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MgO, MnO, CaO.

Примечание: Истинная теплоемкость соответствует указанной температуре, а значение средней теплоемкости Cm приведено для интервала температуры от 0°С до указанной в таблице. По данным таблицы видно, что удельная (массовая) теплоемкость оксидов металлов при увеличении их температуры также увеличивается.

Оксиды

В разделе «Оксиды» размещаются статьи со свойствами оксидов металлов и неметаллов при различных температурах. Здесь вы можете найти данные по плотности, теплопроводности, КТР, удельной теплоемкости, а также определить другие теплофизические свойства оксидов.

Свойства оксида алюминия Al2O3 и магния MgO

Теплофизические свойства оксида алюминия Al2O3 В таблице представлены теплофизические свойства оксида алюминия Al2O3 при нормальном…

Свойства оксидов металлов

Теплофизические свойства оксидов металлов В таблице представлены теплофизические свойства оксидов (спеченных окислов) металлов при различной…

Свойства оксида урана, КТР закиси-окиси

Теплофизические свойства диоксида урана UO2 теоретической плотности Даны свойства оксида урана UO2 теоретической плотности, который применяется в качестве…

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость

Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице!

Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O

Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры…

Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость

Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры…

Теплопроводность стали и чугуна. Теплофизические свойства стали

Теплопроводность стали и чугуна, физические свойства стали в таблицах при различной температуре…

Физические свойства и допустимая температура применения сплавов магния

Физические свойства сплавов магния: плотность, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, КТЛР, максимальная температура применения и др.

Оргстекло: тепловые и механические характеристики

Рассмотрены тепловые, механические, оптические и электрические характеристики органического стекла…

Физические свойства технической соли

Насыпная плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и другие физические свойства технической соли…

Характеристики теплоизоляционных плит Изорок (Isoroc)

Плотность, коэффициент теплопроводности и другие важнейшие характеристики теплоизоляционных плит Изорок различных модификаций…

Теплопроводность чистых металлов

В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных и положительных температурах (в интервале от -200 до 2400°C)…

Плотность ртути и ее свойства

Свойства ртути: плотность, теплопроводность, теплоемкость В таблице представлена плотность (удельный вес), теплопроводность, удельная теплоемкость и…

Плотность грунта

В таблице представлена плотность грунта в естественном залегании в размерности кг/м3. Плотность приведена с учетом…

Температура плавления стекла

Понятие «температура плавления стекла» применяют по аналогии с точкой плавления чистого кристаллического вещества, однако аморфные…

Читайте также: