1.1. Oksiidid

Oksiidide peatükis räägime, mis on oksiidid, kuidas oksiide nimetatakse ning nende keemilisi valemeid koostatakse. Vaatame, kuidas oksiide liigitada, milliste reaktsioonidega erinevaid oksiide saab ning viimasena käsitleme oksiidide keemilisi omadusi.

Kõige üldisemalt saame defineerida, et oksiidid on ained, mis koosnevad kahest elemendist, millest üks on hapnik. Oksiide leidub kõikjal meie ümber. Üks enam levinud oksiide on näiteks vesi ehk divesinikoksiid (H2O). Suur osa maakoorest koosneb tahketest oksiididest, mis tuleneb sellest, et elemendid on reageerinud õhuhapniku või veega. Samuti on enamik metalle, mis puutuvad kokku hapniku või veega, kaetud oksiidi- või oksiidide kihiga.

Järgnev video võtab kokku olulisemad oksiidide nimetamise, saamise ja keemiliste omaduste reeglid.

Allikas: https://www.youtube.com/watch?v=mPn6iPeGfwk&list=PLDWTb1SlW-s0UQDpn7rtAmyba3HoLd2xu

Nimetamine

Oksiidide nimetamisel peab esmalt teadma, kas tegemist on metalli- või mittemetallioksiidiga. Metallioksiidid koosnevad metallilisest elemendist ja hapnikust (nt CaO, Na2O). Mittemetallioksiidid koosnevad mittemetallilisest elemendist ja hapnikust (nt H2O, CO2).

videoKorda videost üle, kuidas määrata oksüdatsiooniastet ja tasakaalustada ühendit. 

Metallioksiidide nimetamine

Metallioksiidide nimetamisel tuleb eelnevalt teada, kas metall on püsiva oksüdatsiooniastmega või mitte. Sellest tulenevalt on kaks metallioksiidide nimetamise reeglit:

1. metalli nimi + oksiid, kui oksiidi koostises oleval metallilisel elemendil on püsiv oksüdatsiooniaste (I, II ja III A-rühma metallilised elemendid):

nt CaO - kaltsiumoksiid, Na2O - naatriumoksiid, Al2O3 - alumiiniumoksiid;

2. metalli nimi + (o.a) + oksiid, kui oksiidi koostises oleval metallilisel elemendil on muutuv oksüdatsiooniaste (ülejäänud metallillised elemendid), nt

 pilt

Mittemetallioksiidide nimetamine

Mittemetallioksiidide nimetamisel kasutatakse kreekakeelseid eesliiteid:

pilt

Eesliide käib selle mittemetallilise elemendi nimetuse ette, mille aatomite arvu ta näitab, nt

pilt

Ülesanne 1

Vali oksiidi õige nimi.

Valemite koostamine

Oksiidide valemite koostamisel tuleb lähtuda järgmistest reeglitest:

  1. kirjuta kõrvuti oksiidi moodustava metallilise või mittemetallilise elemendi ja hapniku sümbolid;
  2. kui on tegemist mittemetallilise elemendiga, siis jälgi eesliiteid ja kirjuta need vastava elemendi sümboli järele indeksisse;
  3. kui on tegemist metallilise elemendiga, märgi elementide sümbolite kohale oksüdatsiooniastmed ja tasakaalusta vajadusel valem.

Näide 1. Koostame divesinikoksiidi valemi.

  1. Kõigepealt märgi kõrvuti vesiniku ja hapniku sümbolid: HO.
  2. Kuna tegemist on mittemetallioksiidiga, arvesta eesliiteid.
  3. Kuna eesliide on vesiniku ees ja di- tähendab kahte, siis on molekulis 2 vesiniku aatomit ning molekuli valemi saame kirjutada H2O.

Näide 2. Koostame liitiumoksiidi valemi.

  1. Kõigepealt märgi kõrvuti liitiumi ja hapniku sümbolid: LiO. 
  2. Tegemist on metallioksiidiga, märgi elementide kohale oksüdatsiooniastmed: pilt
  3. Kuna oksüdatsiooniastmed on erineva väärtusega, tuleb valem tasakaalustada.
  4. Hetkel on liitiumi aatomil positiivne laeng ja hapniku aatomil kaks negatiivset laengut. Selleks, et ühendi laeng oleks tervikuna null, peab võtma kaks positiivselt laetud liitiumi aatomit, see kirjutatakse alla indeksisse.
  5. Sellest tulenevalt kujuneb liitiumoksiidi valemiks Li2O.

Ülesanne 2

Milline on oksiidi õige valem?

Oksiidide liigitamine

Oksiidid jaotatakse metallioksiididideks ja mittemetallioksiidideks. Samas on võimalik neid jaotada ka happelisteks, aluselisteks, neutraalseteks ja amfoteerseteks oksiidideks.

Happelised oksiidid on hapetele vastavad oksiidid, mis tuleneb sellest, et enamik happelisi oksiide reageerib veega ja moodustub hape. Tuntuimad happelised oksiidid on mittemetallioksiidid, nt SO2, CO2.

Aluselised oksiidid on alustele vastavad oksiidid, mis tuleneb sellest, et enamik aluselisi oksiide reageerib veega ja moodustub alus. Tavaliselt on aluselised oksiidid metallioksiidid, nt CaO, Li2O.

Neutraalsed oksiidid on oksiidid, millel puuduvad nii aluselised kui ka happelised omadused, nt CO, NO ja N2O. Need oksiidid ei reageeri aluste, hapete ega veega.

Amfoteersed oksiidid on oksiidid, millel on korraga nii aluselised kui ka happelised omadused ehk need oksiidid reageerivad nii aluste kui ka hapetega, nt Al2O3, ZnO, Cr2O3.

Eri liiki oksiidide näited leiad allolevast tabelist, kus ühendi all on ära toodud selle nimi:

ALUSELISED
(metall+hapnik)

HAPPELISED
(mittemetall+hapnik)

NEUTRAALSED
(mittemetall+hapnik)

AMFOTEERSED
(metall+hapnik)

Li2O
liitiumoksiid

SO2
vääveldioksiid

H2O
divesinikoksiid

ZnO
tsinkoksiid

Na2O
naatriumoksiid

SO3
vääveltrioksiid

CO
süsinikoksiid

BeO
berülliumoksiid

CaO
kaltsiumoksiid

NO2
lämmastikdioksiid

N2O
dilämmastikoksiid

Al2O3
alumiiniumoksiid

MgO
magneesiumoksiid

P4O10
tetrafosfordekaoksiid

NO
lämmastikoksiid

PbO
plii(II)oksiid

Oksiidide saamine

Nagu alguses juba mainitud, puutume igapäevaelus kokku väga paljude erinevate oksiididega (H2O - vesi, õhus leidub veel lisaks CO2, CO, NO, NO2 jne, maakoores SiO2, CaO, MgO jne). Üks peamisi põhjuseid, miks oksiide nii laialdaselt leidub, on see, et oksiidid tekivad väga kergesti liht- või liitaine kokkupuutel õhuhapnikuga.

1. Oksiidid tekivad liht- või liitainete reageerimisel hapnikuga.

2 Ca + O2→ 2 CaO
4 Al + 3 O2→ 2 Al2O3
CH4 + 2 O2→ CO2↑ + 2 H2O

Reageerimist hapnikuga nimetatakse ka põlemisreaktsiooniks. Metallide põlemisel tekivad aluselised oksiidid ning mittemetallide põlemisel happelised oksiidid.

Oksiide saab toota ka tööstuslikult, näiteks soolade kuumutamisel kõrgetel temperatuuridel.

2. Oksiidide teke soolade termilisel lagunemisel.

CaCO3 (t) nool CaO(t) + CO2(g)

Lubjakivi (CaCO3) kuumutamisel põhineb kustutamata lubja (CaO) tootmine.

3. Oksiidide teke rasklahustuvate hüdroksiidide termilisel lagunemisel.

2 Al(OH)3 (t)  nool Al2O3(t)+ 3 H2O(g)

Cu(OH)2 (t)  nool CuO(t) + H2O(v) (Joonis 1)

Ca(OH)2(t)  nool CaO(t) + H2O(g)

(Ca(OH)2 - kustutatud lubi; CaO - kustutamata lubi)

pilt

Joonis 1. Pildil on illustreeritud oksiidi teke rasklahustuvast hüdroksiidist, Cu(OH)2-st. Laborites saab sellist katset läbi viia, kuumutades sinist värvi tahket Cu(OH)2 piirituslambi kohal. Tekkinud must sade on CuO. Värvuse muutumine on üks keemilise reaktsiooni tunnuseid.

Oksiidide keemilised omadused

Sõltuvalt sellest, kas tegemist on happelise, aluselise, amfoteerse või neutraalse oksiidiga, on oksiididel erinevad keemilised omadused ehk võime reageerida teiste ainetega.

1. Happelise oksiidi reageerimisel veega moodustub hape.

HAPPELINE OKSIID + H2O = HAPE

SO3(t) + H2O(v) → H2SO4(l) väävelhape

SO2(g)+ H2O(v) pilt H2SO3(l) väävlishape

CO2(g)+ H2O(v) pilt H2CO3(l) süsihape

P4O10(t) + H2O(v) → H3PO4(l) fosforhape

N2O5(g) + H2O(v) → HNO3(l) lämmastikhape

SiO2 ei reageeri veega. SiO2 on liiva põhikomponent.

Oluline on meeles pidada, et oksiidis ja talle vastavas happes peab mittemetallilisel elemendil olema sama oksüdatsiooniaste (o.a). Happelised oksiidid ja neile vastavad happed on toodud tabelis 1.

Tabel 1. Happelistele oksiididele vastavad happed

HAPPELINE OKSIID

VASTAV HAPE

HAPPE NIMETUS

SO2

H2SO3

väävlishape

SO3

H2SO4

väävelhape

CO2

H2CO3

süsihape

P4O10

H3PO4

fosforhape

N2O5

HNO3

lämmastikhape


2. Aluselise oksiidi reageerimisel veega moodustub tugev alus ehk leelis.

ALUSELINE OKSIID + H2O = TUGEV ALUS

CaO + H2O → Ca(OH)2

Na2O+ H2O → 2 NaOH

Veega reageerivad ainult I A rühma ja alates kaltsiumist II A rühma metallide oksiidid.

pilt

Joonis 2. Sinisega on märgitud metallid, mille  oksiidid reageerivad veega ja tekib tugev alus ehk leelis.
Tabel 2. Aluselistele oksiididele vastavad alused

ALUSELINE OKSIID

VASTAV ALUS

ALUSE NIMETUS

Li2O - liitiumioksiid

LiOH

liitiumhüdroksiid

Na2O - naatriumoksiid

NaOH

naatriumhüdroksiid

CaO - kaltsiumoksiid

Ca(OH)2

kaltsiumhüdroksiid

BaO - baariumoksiid

Ba(OH)2

baariumhüdroksiid


3. Aluselise oksiidi reageerimisel happelise oksiidiga moodustub sool.

ALUSELINE OKSIID + HAPPELINE OKSIID = SOOL

CaO + CO2pilt CaCO3

6 Li2O + P4O10→ 4 Li3PO4

See reaktsioon toimub alati ning tekib happelisele oksiidile vastava happe sool. Happelisele oksiidile vastava happe leiad tabelist 1.

4. Happeline oksiid reageerib alusega, moodustub sool ja vesi.

HAPPELINE OKSIID + ALUS = SOOL + H2O

SO2(g) + 2 NaOH(l) → Na2SO3(l) + H2O(v)

CO2(g) + Ca(OH)2(l) → CaCO3(t) + H2O(v)

See reaktsioon toimub alati.

5. Aluseline oksiid reageerib happega, moodustub sool ja vesi.

ALUSELINE OKSIID + HAPE = SOOL + H2O

2 HNO3 + CaO → Ca(NO3)2 + H2O

See reaktsioon toimub alati.