酸化物には、少なくとも 1 つの他の元素と 1 つの酸素原子が含まれています。金属酸化物は通常、状態 2 の酸素陰イオンを含みます。地球の地殻の大部分は固体酸化物で構成されており、酸素が空気中または水中にある元素を酸化するときに形成されます。炭化水素 (CO2) を燃焼させると、CO と CO2 が生成されます。純粋な元素でさえ、酸化被膜を形成します。たとえば、アルミ ホイルは薄い Al2O3 コーティングを作成し、さらなる腐食から保護します。
酸化物は、原子価または別の元素と結合する能力によって分類されます。原子価に基づいて、酸化物は単純酸化物と混合酸化物に分類されます。
単純酸化物
単純な酸化物は、金属酸素または半金属酸素化合物です。単純な酸化物には、元素または金属の通常の原子価によって許容される原子が含まれています。
混合酸化物
単純な酸化物を組み合わせると、混合酸化物が生成されます。この単純な酸化物の組み合わせを作成するために、同じ金属または異なる金属を使用できます。
金属酸化物
金属酸化物は、酸化物アニオンと金属カチオンを含む結晶性固体であり、通常は水または酸と反応して塩基または塩を生成します。アルカリ金属とアルカリ土類金属は、酸素-酸素共有単結合を含む酸化物 (O2-)、過酸化物 (O22-)、および酸素-酸素共有単結合を含むスーパーオキシド (O2-) の 3 種類の二元酸素化合物を生成します。過酸化物イオンよりも低い負電荷。
アルカリ金属は、酸化物 (M2O)、過酸化物 (M2O2)、およびスーパーオキシド (MO2) を生成します。 M は金属原子を表します。存在する唯一の土類金属酸化物は Mo と MO2 です。金属硝酸塩を元素金属と一緒に加熱して、すべてのアルカリ金属酸化物を形成します。
2MNO3 + 10M + 熱 → 6M2O + N2.アルカリ土類酸化物の調製には、金属炭酸塩の加熱が必要です。
MCO3 + 熱 → MO + CO2.
イオン性アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物は、水と反応して金属水酸化物溶液を生成します。
M2O + H2O → 2MOH (M =グループ 1 金属)
MO + H2O → M(OH)2 (M =グループ 2 金属)
それらは塩基性酸化物です。典型的な酸塩基反応では、M2O + 2HCl → 2MCl + H2O (M =第 1 族金属) のように、酸と反応して塩と水を形成します。
これらは中和反応とも呼ばれます。耐火レンガや断熱材に使用される酸化マグネシウム (MgO) と、鉄鋼製造や浄水に使用される酸化カルシウム (CaO) は、最も重要な 2 つの基本的な酸化物です。
科学者は、酸化物の周期的な傾向を徹底的に研究しました。酸塩基の性質に関して、酸化物は強塩基性から弱塩基性、両性、弱酸性、強酸性までさまざまです。酸度は元素の酸化数とともに上昇します。たとえば、MnO (酸化状態 +2) は 5 つの酸化マンガンの中で最も酸性度が低く、Mn2O7 (Mn7+) は最も酸性度が高いです。イオン化合物は酸化数が +1、+2、+3 で、遷移金属酸化物です。
酸化数が +4、+5、+6、および +7 の遷移金属酸化物には、共有金属が含まれています。 -酸素は結合し、共有結合化合物として振る舞います。イオン性遷移金属酸化物は一般に塩基性です。
酸と反応して、次のような塩と水溶液を生成します
CoO + 2H3O+ → Co2+ + 3H2O. CrO3 + 2OH– → CrO42– + H2O のように、+5、+6、および +7 の酸性酸化物は水酸化物溶液と反応して塩と水を生成します。 +4 の酸化値を持つ酸化物は、多くの場合両性であり (ギリシャ語の amphoteros から「両方向に」)、酸または塩基として作用する可能性があります。両性酸化物は、酸性溶液と塩基性溶液の両方に溶解します。たとえば、酸化バナジウム (VO2) は酸に溶解して [VO]2+ を生成し、塩基に溶解して [V4O9]2- を生成します。酸化物の主なグループの両性は、主に半金属元素または隣接する元素で発生します。
非金属酸化物
非金属は酸素と結合して共有結合酸化物を生成し、水と反応して酸または塩基を生成します。ほとんどの非金属酸化物は酸性で、水中で H3O+ イオンを生成する酸素酸を形成します。酸性酸化物の挙動は、2 つの一般的なステートメントにまとめられています。まず、SO3 や N2O5 などの酸化物は酸無水物です。これらの酸化物は水と反応して酸素酸を形成し、非金属の酸化数を保持します。 2HNO3 + N2O5 次に、NO2 や ClO2 などの酸化数の小さい金属酸化物が水と反応します。非金属は、これらの反応で酸化および還元されます (つまり、その酸化数はそれぞれ増加および減少します)。不均化反応は、同じ元素を酸化して還元するときに起こります。次の不均化プロセス (HNO3) で、N4+ を N2+ (NO) に還元し、N5+ に酸化します。
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
窒素酸化物
窒素 (N) は、+1 から +5 までの正の酸化数を持つ酸化物を生成します。硝酸アンモニウム (NH4NO3) を加熱すると、亜酸化窒素 (N2O) が生成されます。この無色のガスは、歯科での簡単な処置のための麻酔薬です。酔わせる作用から笑気ガスとして一般的に知られており、ホイップクリームのエアゾール缶にも広く使用されています。いくつかのプロセスで一酸化窒素 (NO) が生成されます。雷雨の間、窒素と酸素が直接混合されて一酸化窒素が形成され、2 つの要素が一緒に加熱されます。
商業的に燃焼するアンモニア (NH3) は一酸化窒素を生成しますが、希硝酸 (HNO3) は銅で還元されます。研究所もそれを作成します。
たとえば、
(Cu). 3Cu + 8HNO3 → 2NO + 3Cu (NO3)2+4H2O。
ガス状一酸化窒素は、最も熱的に安定した窒素酸化物であり、既知の最も単純な熱的に安定な常磁性 (不対電子) 分子です。 .燃焼中に空気中の窒素と酸素が反応して、内燃機関によって生成される汚染物質に含まれています。一酸化窒素は室温で無色の二原子ガスであり、不対電子のために、2 つの分子が結合して二量体を形成することがあります。 2NO ⇌ N2O2 結果として、液体一酸化窒素は部分的に二量体化し、固体には二量体のみが含まれます。
一酸化窒素と二酸化窒素 (NO2) の混合物を -21°C (-6 °F)、ガスが結合して、N2O3 分子で構成される青色の液体である三酸化二窒素を形成します。この分子は、もっぱら液体または固体です。加熱すると、NO2 と NO を形成します。 NO を空気で商業的に酸化すると、二酸化窒素が生成されます。これも実験室で、2Pb(NO3)2 + 熱 → 2PbO + 4NO2 + O2 のように重金属硝酸塩を加熱するか、濃硝酸に銅を添加することによって生成されます。二酸化窒素は一酸化窒素のように常磁性であり、その不対電子はそれに色と二量体化を与えます. NO2 は低圧および高温では暗褐色ですが、二量体化により四酸化二窒素 (N2O4) が生成されます。標準温度では、両方の分子が平衡状態にあります。 2NO2 ⇌ N2O4.
結論
酸化物は、酸素と別の元素で構成される化合物の広く重要なファミリーです。金属酸化物は金属陽イオンと酸化物陰イオン (O2) であり、水と反応して塩を作るために使用される塩基または酸を生成します。非金属酸化物は、酸素と非金属の間に共有結合を形成する揮発性化合物です。水と反応して酸を作るか、塩基と反応して塩を形成します。たとえば、アルミニウムと亜鉛は両性酸化物を生成し、酸や塩基と結合して塩を生成します。特定の有機化合物は、有機分子内の酸素原子がリン (ホスフィンオキシド)、窒素 (アミンオキシド)、または硫黄 (スルホキシド) の原子と共有結合を形成するときに酸化物を生成します。
