اکسید چیست و چگونه درست می شود؟ – به زبان ساده

انواع اکسید

• اکسیدی که با آب ترکیب شود و اسید تولید کند، موسوم به اکسید اسیدی است.
• اکسیدی که در آب، باز تولید کنید، اکسید بازی نام دارد.
• محلول آمفوتر نیز به ماده‌ای می‌گیوند که هم به عنوان اسید و هم باز وارد واکنش می‌شود.

البته به این نکته توجه داشته باشید که یک اکسید می‌تواند اسیدی یا بازی نباشد اما همچنان در دسته اکسیدهای خنثی تقسیم‌بندی شود. خواص دیگری نیز وجود دارند که به کمک آن‌ها می‌توان انواع اکسید را شناسایی کرد. واژه «بی‌آب» (Anhydride) یا انیدرید به ترکیبی می‌گویند که برای تشکیل اسید یا باز، مولکول آب را جذب می‌کند.

اکسیدهای اسیدی

سولفوروس اسید:

$$\mathrm{SO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}$$

سولفوریک اسید:

$$\mathrm{SO}_{3}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}$$

کربنیک اسید:

$$\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}$$

اکسیدهای اسیدی با نام اسید انیدرید هم شناخته می‌شوند. به طور مثال، گوگرد دی‌اکسید را با نام سولفوروس انیدرید و گوگرد تری‌اکسید را با نام سولفوریک انیدرید نیز می‌شناسند. زمانی که این اکسیدها با باز ترکیب شوند، نمک تولید می‌کنند.

$$\mathrm{SO}_{2}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{SO}_{3}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$

با توجه به اهمیت یادگیری علم شیمی در دروس دبیرستان، «فرادرس» اقدام به انتشار فیلم آموزش شیمی (۳) - پایه دوازدهم کرده که لینک آن در ادامه آمده است.

• برای دیدن فیلم آموزش شیمی (۳) - پایه دوازدهم + اینجا کلیک کنید.

اکسیدهای بازی

$$\mathrm{K}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{s})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow 2 \mathrm{KOH}(\mathrm{aq})$$

$$\begin{aligned} &\mathrm{CaO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2} \\ &\mathrm{MgO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_{2} \\ &\mathrm{Na}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow 2 \mathrm{NaOH} \end{aligned}$$

$$\begin{aligned} \mathrm{MgO}+2 \mathrm{HCl} & \rightarrow \mathrm{MgCl}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \\ \mathrm{Na}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} & \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{SO}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \end{aligned}$$

اکسیدهای آمفوتری

$$\begin{aligned} &H S O_{4}^{-}+H_{2} O \rightarrow S O_{4}^{2-}+H_{3} O^{+} \\ &H S O_{4}^{-}+H_{2} O \rightarrow H_{2} S O_{4}+O H^{-} \end{aligned}$$

اکسیدهای آمفوتری زمانی که با یک اسید واکنش می‌دهند، آب و نمک تولید می‌کنند و رفتاری بازی از خود نشان می‌دهند. همین اکسیدها اگر با بازها وارد واکنش شوند، آب و نمک تولید می‌کنند اما خاصیتی اسیدی از خود نشان می‌دهند.

$$ZnO + 2HCl \rightarrow {ZnCl_2}+H_2O$$

همچنین، این ماده در واکنش با سدیم هیدروکسید،‌ رفتاری اسیدی دارد:

$$ZnO + 2NaOH \rightarrow {Na_2ZnO_2}+H_2O$$

به طور مشابه، $$Al_2O_3$$ رفتاری بازی در واکنش با $$H_2SO_4$$ خواهد داشت.

$$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3+3H_2O$$

همین اکسید در واکنش با سدیم هیدروکسید، رفتاری اسیدی دارد:

$$Al_2O_3 + 2NaOH \rightarrow 2NaAlO_2+H_2O$$

اکسیدهای خنثی

اکسیدهای خنثی هیچ خاصیت بازی یا اسیدی نشان نمی‌دهند. بنابراین، به هنگام واکنش با اسیدها یا بازها، نمک تولید نمی‌کنند. از جمله این اکسیدهای خنثی می‌توان به ترکیبات زیر اشاره کرد:

• کربن مونواکسید (CO)
• نیتروس اکسید $$(N_2O)$$
• نیتریک اکسید (NO)

پراکسید و دی اکسید

پراکسید

سوپراکسید

به طور معمول، عناصر پتاسیم، روبیدیم و سزیم به همراه اکسیژن اضافی، در اثر واکنش، سوپراکسید به شکل $$MO_2$$ تولید می‌کنند. در این حالت، عدد اکسایش اکسیژن برابر با $$-1/2$$ است.

$$Cs + O_2 \rightarrow CsO_2$$

پراکسید، اکسید فلزی است که در اثر واکنش‌های با اسیدهای رقیق، هیدروژن پراکسید تولید می‌کند. پراکسیدها اکسیژن بیشتری نسبت به اکسیدهای بازی متناظر با خود دارند که به طور مثال می‌توان به پراکسیدهای سدیم، کلسیم و باریم اشاره کرد.

$$\begin{aligned} \mathrm{BaO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} & \rightarrow \mathrm{BaSO}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \\ \mathrm{Na}_{2} \mathrm{O}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4} & \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{SO}_{4}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \end{aligned}$$

اکسید ترکیبی

$$\begin{gathered} P b_{3} O_{4}=P b O_{2}+2 P b O \\ F e_{3} O_{4}=F e_{2} O_{3}+F e O \end{gathered}$$

$$\underset{}{Fe_3O_4} + 8HCl \rightarrow \underset{}{2FeCl_3} + \underset{}{FeCl_2} + 4H_2O$$

تهیه اکسید

اکسیدها با روش‌های مختلفی به تولید می‌رسند که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره کرده‌ایم.

حرارت مستقیم عنصر با اکسیژن

بسیاری از فلزات و نافلزات به هنگام حرارت دیدن در مقابل اکسیژن یا هوا،‌ به سرعت می‌سوزند و اکسید تولید می‌کنند. در زیر، برخی از این واکنش‌ها را مشاهده می‌کنید.

$$\begin{gathered} 2 \mathrm{Mg}+\mathrm{O}_{2} \stackrel{\text { Heat }}{\longrightarrow} 2 \mathrm{MgO} \\ 2 \mathrm{Ca}+\mathrm{O}_{2} \stackrel{\text { Heat }}{\longrightarrow} 2 \mathrm{CaO} \\ \mathrm{S}+\mathrm{O}_{2} \stackrel{\text { Heat }}{\longrightarrow} \mathrm{SO}_{2} \\ \mathrm{P}_{4}+5 \mathrm{O}_{2} \stackrel{\text { Heat }}{\longrightarrow} 2 \mathrm{P}_{2} \mathrm{O}_{5} \end{gathered}$$

واکنش اکسیژن با ترکیبات در دمای بالا

در دماهای بالا، اکسیژن با بسیاری از ترکیبات واکنش می‌دهد و اکسید تولید می‌کند. در زیر به برخی از این واکنش‌ها اشاره شده است.

• سولفیدها به طور معمول زمانی که در حضور اکسیژن، حرارت ببینند، اکسید می‌شوند.

$$\begin{aligned} &2 \mathrm{PbS}+3 \mathrm{O}_{2} \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} 2 \mathrm{PbO}+2 \mathrm{SO}_{2} \\ &2 \mathrm{ZnS}+3 \mathrm{O}_{2} \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} 2 \mathrm{ZnO}+2 \mathrm{SO}_{2} \end{aligned}$$

• ترکیبات شامل کربن و هیدروژن نیز در حضور اکسیژن و حرارت، اکسید می‌شوند.

$$\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{5} \mathrm{OH}+3 \mathrm{O}_{2} \rightarrow 2 \mathrm{CO}_{2}+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$

در اثر تجزیه حرارتی برخی ترکیبات مانند هیدروکسیدها، کربنات‌ها و نیترات‌ها، اکسید به تولید می‌رسد.

$$\begin{gathered} \mathrm{CaCO}_{3} \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} \mathrm{CaO}+\mathrm{CO}_{2} \\ 2 \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_{3}\right)_{2} \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} 2 \mathrm{CuO}+4 \mathrm{NO}_{2}+\mathrm{O}_{2} \\ \mathrm{Cu}(\mathrm{OH})_{2} \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} \mathrm{CuO}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \end{gathered}$$

اکسایش برخی فلزات با نیتریک اسید

$$\begin{gathered} 2 C u+8 H N O_{3} \stackrel{\text { Heat }}{\longrightarrow} 2 C u O+8 N O_{2}+4 H_{2} O+O_{2} \\ S n+4 H N O_{3} \stackrel{\text { Heat }}{\longrightarrow} S n O_{2}+4 N O_{2}+2 H_{2} O \end{gathered}$$

اکسایش برخی نافلزات با نیتریک اسید

مشابه روش قبل، در اثر واکنش اکسایش برخی نافلزات با نیتریک اسید نیز اکسید به تولید می‌رسد.

$$\mathrm{C}+4 \mathrm{HNO}_{3} \rightarrow \mathrm{CO}_{2}+4 \mathrm{NO}_{2}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}$$

روندهای تناوبی در رفتار اسید و باز اکسیدها

خاصیت اسیدی اکسید عناصر در هر تناوب از چپ به راست به تدریج افزایش می‌یابد. به طور مثال، در تناوب سوم، رفتار اکسیدها مانند تصویر زیر تغییر می‌کند.

اگر با دقت بیشتری به یک تناوب در جدول تناوبی نگاه کنیم، فهم بهتری از خواص اسیدی و بازی اکسیدها پیدا می‌کنیم. بعلاوه از این طریق می‌توانیم درک بهتری از خواص فیزیکی اکسیدها داشته باشیم. اکسیدهای فلزی در سمت چپ جدول تناوبی، محلول‌های بازی تولید می‌کنند که به طور مثال می‌توان به $$MgO$$ و $$Na_2O$$ اشاره کرد.

اکسیدهای بازی در سمت چپ جدول تناوبی و اکسیدهای بازی در سمت راست جدول تناوبی قرار دارند.

آلومینویم اکسید خواص اسیدی و بازی از خود نشان می‌دهد و آمفوتر است. در نتیجه می‌توان آلومینویم اکسید را به صورت یک علامت در جدول در نظر گرفت که در آن نقطه، تغییر از اکسید بازی به اکسید اسیدی صورت می‌گیرد.

توجه داشته باشید که این روند تنها برای اکسیدهایی است که عدد اکسایش آن‌ها، بالاترین عدد را داشته باشد. در تصویر زیر، این روند به خوبی نشان داده شده است. با دقت در اکسیدهای آمفوتر (آبی‌رنگ) نحوه تغییر از اکسید بازی به اسیدی را دنبال کنید.

معرفی فیلم آموزش شیمی (۳) - پایه دوازدهم

فیلم آموزش شیمی ۳ پایه دوازدهم در فرادرس

کلیک کنید

رفتار شیمیایی اکسیدهای فلزی و نافلزی

تا اینجا به خوبی با اکسیدها آشنا شده‌ایم و حتی رفتار شیمیایی اکسیدهای فلزی و نافلزی را نیز می‌شناسیم. علاوه بر این، روندهای تناوبی اکسیدها و رفتار شیمیایی آن‌ها را نیز بررسی کردیم. با توجه به اهمیتی که اکسیدها در تناوب سوم جدول تناوبی دارند، در ادامه، واکنش برخی اکسیدها در این تناوب را بررسی می‌کنیم و رفتار شیمیایی اکسیدهای فلزی و نافلزی حاصل را مرور خواهیم کرد.

سدیم اکسید

واکنش با آب

$$Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH$$

واکنش با اسیدها

سدیم هیدروکسید همچنین به عنوان باز قوی با اسیدها نیز وارد واکنش می‌شود. به طور مثال، به هنگام واکنش هیدروکلریک اسید رقیق، سدیم کلرید به تولید می‌رسد.

$$Na_2O + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O$$

منیزیم اکسید

واکنش با آب

در نگاه اول، پودر منیزیم اکسید با آب واکنش نمی‌دهد. با این وجود، pH محلول حاصل برابر با ۹ است. این امر نشان می‌دهد که یون‌های هیدروکسید تولید شده‌اند. در حقیقت، منیزیم هیدروکسید در اثر واکنش به تولید رسیده است اما از آن‌حایی ذرات، تقریبا در آب انحلال‌ناپذیر هستند، یون‌های هیدروکسید کمی حل شده‌اند. واکنش در زیر آورده شده است.

$$MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2$$

واکنش با اسیدها

واکنش این جامد همانند واکنش یک اکسید فلزی انجام می‌گیرد. به طور مثال،‌ در واکنش با هیدروکلریک اسید رقیق و گرم، محلول منیزیم کلرید بدست می‌آید.

$$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2+H_2O$$

آلومینیوم اکسید

واکنش با آب

$$Al_2O_3$$ در آب نامحلول است و واکنش آن با آب مشابه دو ترکیب قبل نیست. در حقیقت، یون‌های این ترکیب با قدرت بسیار زیادی در کنار یکدیگر و در شبکه نگه‌داشته شده‌اند و واکنش آن با آب به سادگی صورت نمی‌گیرد.

واکنش با اسیدها

$$Al_2O_3$$ شامل یون‌های اکسید است و بنابراین مانند دو ترکیب قبل، با اسیدها واکنش می‌دهد. این ماده با هیدروکلریک اسید رقیق و داغ واکنش می‌دهد و محلول آلومینیوم کلرید طبق واکنش زیر به تولید می‌رسد.

$$Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$$

واکنش با باز

سیلیکون دی اکسید

واکنش با آب

این ترکیب با آب واکنش نمی‌دهد زیرا به لحاظ ترمودینامیکی، شکستن پیوندهای کووالانسی دشوار است.

واکنش با باز

سیلیکون دی‌اکسید با محلول داغ و غلیظ سدیم هیدروکسید واکنش می‌دهد. حاصل این واکنش، محلول بی‌رنگ سدیم سیلیکات خواهد بود.

$$SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H2O$$

اکسیدهای فسفر

در اینجا، اکسیدهای فسفر به صورت فسفر (III) اکسید و فسفر (V) اکسید در نظر گرفته می‌شوند.

فسفر (III) اکسید

$$P_4O_{6}$$ در اثر واکنش با آب سرد، محلولی از اسید ضعیف فسفروس اسید تولید می‌کند.

$$P_4O_6 + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_3$$

در تصویر زیر، ساختار اسید را بر اثر پروتون‌دهی کامل مشاهده می‌کنید.

$$P_4O_{6}$$ تقریبا به طور مستقیم با یک باز وارد واکنش نمی‌شود. در فسفروس اسید، دو اتم هیدروژن در گروه (OH)، اسیدی هستند اما اتم سوم، اسیدی نیست. بنابراین، دو واکنش محتمل با بازی همچون سدیم هیدروکسید وجود دارد. این واکنش‌ها وابسته به مقدار بازِ اضافه شده هستند.

$$NaOH + H_3PO_3 \rightarrow NaH_2PO_3 + H_2O \\ 2NaOH + H_3PO_3 \rightarrow Na_2HPO_3 + 2H_2O$$

در واکنش اول، تنها یکی از پرتون‌ها با یون هیدروکسید باز واکنش می‌دهد. در واکنش دوم، با استفاده از بیش از ۲ برابر سدیم هیدروکسید قبل، هر دو پروتون وارد واکنش می‌شوند.

اگر به جای این حالت، فسفر (III) اکسید به طور مستقیم با سدیم هیدروکسید واکنش دهد،‌ احتمال تولید همان نمک‌ها نیز وجود دارد:

$$4NaOH + P_4O_6 + 2H_2O \rightarrow 4NaH_2PO_3 \\ 9NaOH + P_4O_6 \rightarrow 4Na_2HPO_3 + 2H_2O$$

فسفر (V) اکسید

$$P_4O_{10}$$ به شدت با آب واکنش می‌دهد و محلولی شامل مخلوطی از اسیدها بدست می‌دهد که نوع آن‌ها وابسته به شرایط واکنش است. البته تنها یک اسید مورد توجه قرار می‌گیرد و آن فسفریک اسید است.

$$P_4O_{10} + 6H_2O \rightarrow 4H_3PO_4$$

سوالات رایج پیرامون اکسید

حال که می‌دانیم اکسید چیست و چگونه درست می‌شود، در ادامه مطلب قصد داریم به چند سؤال رایج در این رابطه پاسخ بدهیم.

آیا آب، اکسید است؟

بله. آب، اکسید هیدروژن است که با فرمول شیمیایی H2O نمایش داده می‌شود.

آیا زنگ آهن اکسید است؟

زنگ آهن برای توصیف اکسید قرمزرنگ آهن استفاده می‌شود. در حالت کلی، به فرآورده‌های حاصل از واکنش آهن با آب و اکسیژن، زنگ آهن می‌گویند که نوعی اکسید است.