10. Соединения неметаллов с кислородом

Кислород является вторым по электроотрицательности элементом, и в соединениях с его участием все неметаллы, кроме фтора, проявляют положительные степени окисления.

Максимальная степень окисления неметалла равна числу электронов на валентных подуровнях, то есть номеру группы Периодической системы. Групповую степень окисления не проявляют только F, At и инертные газы от He до Kr.

К кислородным соединениям относят оксиды, отвечающие им кислоты (гидроксиды) и соли этих кислот.

ПРИМЕР.

N₂O₅ – оксид азота (+5) или азотный ангидрид – групповая степень окисления,

HNO₃ – азотная кислота или гидроксид азота (+5) NO₂(OH),

KNO₃ – нитрат калия (соль азотной кислоты).

Помимо высшей степени окисления n (n – номер группы, верхние строчки в каждой клеточке таблицы), у большинства неметаллов достаточно устойчива в кислородных соединениях степень окисления n–2: (нижние строчки):

Обведены кислоты, устойчивые только в водных растворах.

Химическая связь в оксидах, кислородных кислотах и анионах солей – полярная ковалентная. Общая электронная пара смещена при этом к кислороду:

H : H H :O

неполярная полярная.

В некоторых молекулярных оксидах есть связь неметалл–неметалл:N₂O₄, N₂O.

Ряд молекул оксидов содержит неспаренные электроны:NO, NO₂, ClO₂, ClO₃.

Это оксиды элементов нечётных групп в чётной степени окисления. Атомы или молекулы с неспаренными электронами в химии называют радикалами. Они интенсивно взаимодействуют с электромагнитными полями: втягиваются в магнитное поле (парамагнитны) и обычно имеют интенсивную окраску из-за поглощения света. Их химическая активность высока.

Связь между анионом и катионом соли – ионная, например, между K⁺ и NO₃^–.

Ионная связь имеется также в N₂O₅: между NO₂⁺ и NO₃^–.

Строение и физические свойства оксидов

Большинство неметаллов образует по несколько оксидов, отвечающих разным степеням окисления, например, S⁺⁴O₂ и S⁺⁶O₃, C⁺²O и C⁺⁴O₂.

По физическим свойствам это могут быть:

1. - газы – NO, CO, ClO₂,

2. - жидкости – Cl₂O₇, N₂O₃ около 0 °С,

3. - твёрдые вещества, среди которых отличают:

растворимые или летучие, химически активные – SO₃, N₂O₅, P₂O₅,

тугоплавкие и инертные – B₂O₃, TeO₂ и, особенно, SiO₂.

Атом неметалла в оксидах образует с кислородом от одной до шести связей. Напоминаю, это число ближайших соседей называют координационным числом (КЧ). Формула оксида не всегда указывает на КЧ.

ПРИМЕР.

В CO₂ КЧ(С) =2, в кварце SiO₂ КЧ(Si) = 4.

В оксидах металлов: в рутиле TiO₂ КЧ(Ti)=6, в ThO₂ КЧ(Th)=8. Как видно, КЧ определяется преимущественно размером центрального атома, точнее, катиона, так как связь с кислородом достаточно полярна.

Если отношение числа атомов Э/О в формуле оксида меньше, чем КЧ, это указывает на сложное, обычно немолекулярное строение оксида. Полимеризация усиливается в периоде справа налево (растёт отношение Э/О) и сверху вниз (у Э растут радиус и КЧ).

Немолекулярное строение имеют, к примеру, такие оксиды как:

1. - SO₃ (цепочки из тетраэдров SO₄, Э/О=3),

2. - P₂O₅ (слои из тетраэдров PO₄, Э/О=2,5),

3. - SiO₂ (трехмерный каркас из тетраэдров SiO₄, Э/О=2).

SiO₂ и, особенно, B₂O₃ легко переходят в некристаллическое (аморфное) состояние.

Каркасные оксиды химически наименее активны. Высокой активностью обладают молекулярные оксиды: SO₂, Cl₂O₇.

23