Tlenki

Tlenek azotu(IV) NO₂

Dwutlenek azotu; czerwonobrunatny, silnie trujący gaz o charakterystycznym zapachu. Jest paramagnetyczny, gdyż zawiera niesparowany elektron. NO₂ łatwo oddaje swój niesparowany elektron tworząc kation nitrylowy, NO₂⁺. Jest on izoelektronowy z CO₂ i ma budowę liniową. Tlenek azotu(IV) podczas ochładzania poniżej temp. wrzenia 22,4^oC skrapla się na ciecz, która staje się coraz jaśniejsza, w końcu bezbarwna i zestala się w temp. -10,2^oC, tworząc bezbarwne kryształy. Zmiana barwy spowodowana jest reakcją dimeryzacji: 2NO₂ (brunatny) N₂O₄ (bezbarwny). W wyższej temp. równowaga tej reakcji przesuwa się w kierunku powstawania NO₂; w temp. 27^oC 80% jest w postaci N₂O₄, w temp. 100 ^oC N₂O₄ stanowi 10%. Tlenek azotu (IV) w temp. 200^oC zaczyna się rozkładać na tlenek azotu(II) i tlen: 2NO₂ 2NO + O₂. Jest silnym utleniaczem, podtrzymuje palenie (np. potasu, fosforu, węgla, siarki). Dimer tlenku azotu(IV) - czterotlenek dwuazotu jest bezwodnikiem kwasowym; z wodą tworzy kwasy azotowy(III) i azotowy(V): N₂O₄ + H₂O HNO₂ + HNO₃, z zasadami - azotany(III) i azotany(V). N₂O₄ w odróżnieniu od NO₂ jest diamagnetyczny. Otrzymywany przez utlenianie tlenku azotu(II) w niezbyt wysokiej temp. 2NO + O₂ 2NO₂ (jest to metoda przemysłowa; otrzymany NO₂ jest półproduktem do wytwarzania kwasu azotowego), przez redukcję kwasu azotowego metalami, np. Cu + 4HNO₃ Cu(NO₃)₂+ 2H₂O + 2NO₂ oraz przez prażenie wysuszonych azotanów metali ciężkich, np. Pb(NO₃)₂ PbO + NO₂ + 1/2O₂. Stosowany jako środek nitrujący, utleniający, katalizator, utleniacz paliw rakietowych, itd.

Tlenek krzemu SiO₂

Dwutlenek krzemu, krzemionka; substancja stała występująca w trzech odmianach polimorficznych: kwarc (układ heksagonalny, d=2,66), trydymit (układ heksagonalny, d=2,30), krystobalit (układ regularny, d=2,27). Każda z tych odmian posiada odmianę niskotemperaturową () i wysokotemperaturową (). Przemiany fazowe SiO₂ przebiegają w następujących temp.:

	870oC		1470oC
kwarc	<=>	trydymit	<=>	krystobalit
	573oC
kwarc	<=>	kwarc
	140oC
trydymit	<=>	trydymit
	240oC
krystobalit	<=>	krystobalit

Przejścia między odmianami i odpowiadającymi im odmianami przebiegają bardzo szybko, natomiast pozostałe przemiany (pomiędzy odmianami ) - wolno. Dzięki temu trydymit i krystobalit mogą istnieć w niskich temp. jako odmiany metastabilne. Pod bardzo wysokimi ciśnieniami otrzymano inne odmiany polimorficzne SiO₂: keatyt, coezyt i stiszofit. Kwarc i kwarc wykazują aktywność optyczną, mają ponadto własności piezoelektryczne. Kryształy kwarcu, trydymitu i krystobalitu zbudowane są z tetraedrów SiO₄ połączonych w ten sposób, że każdy atom tlenu jest wspólny dla dwóch tetraedrów. W krystobalicie atomy Si są rozmieszczone tak, że w środku odległości między nimi znajdują się atomy tlenu. W kwarcu i trydymicie tetraedry SiO₄ tworzą układ spiralny. Dwutlenek krzemu topi się w temp. 1710^oC. Nawet podczas bardzo wolnego ochładzania zestala się na szkliste, bezpostaciowe ciało stałe (szkło kwarcowe), odporne na działanie czynników chemicznych z wyjątkiem fluorowodoru i alkaliów. Szkło kwarcowe ma mały współczynnik rozszerzalności termicznej, dzięki czemu wykazuje dużą odporność na szybkie zmiany temp. Dobrze przepuszcza promienie nadfioletowe. Dwutlenek krzemu reaguje na zimno z fluorowodorem SiO₂ + 4HF SiF₄ + 2H₂O. W wysokich temp. węgiel i inne mocne reduktory redukują SiO₂ do wolnego krzemu. W temp. 1400^oC w próżni SiO₂ reaguje z krzemem tworząc lotny tlenek krzemu SiO, który po ochłodzeniu ulega rozkładowi na substraty. Dwutlenek krzemu nie wchodzi w reakcję z wodą, jednak jest tlenkiem kwasowym ponieważ podczas stapiania lub dłuższego gotowania w stężonych roztworach reaguje z wodorotlenkami i węglanami litowców, tworząc rozpuszczalne w wodzie krzemiany, np. SiO₂ + 2NaOH Na₂SiO₃ + H₂O , SiO₂ + Na₂CO₃ Na₂SiO₃ + CO₂ Dodanie mocnego kwasu, np. HCl do roztworu krzemianów litowców powoduje powstanie produktów o trudnym do zdefiniowania składzie (kwasy krzemowe). Są to początkowo zole, a następnie żele, w których na 1 cząsteczkę SiO₂ może przypadać do 330 cząsteczek H₂O. Po usunięciu z roztworu resztek soli i odwodnieniu do zawartości wody około 4%, otrzymuje się twardą, ziarnistą substancję, która może pochłaniać wodę w sposób odwracalny (tzw. silikażel lub żel krzemionkowy). Silikażel jest stosowany jako środek suszący, katalizator, nośnik katalizatorów (np. V₂O₅). Dwutlenek krzemu występuje w przyrodzie w dużych ilościach jako piasek. Jest końcowym produktem bardzo powolnego rozkładu krzemianów pod wpływem wody i dwutlenku węgla. Piasek zawiera najczęściej różne zanieczyszczenia, prawie czystą krzemionką jest piasek morski. W przyrodzie występują wszystkie trzy odmiany polimorficzne SiO₂ w postaci czystej lub z niewielkimi domieszkami, np. kwarc jako ametyst lub kwarc przydymiony. Drobnoziarnisty kwarc jest głównym składnikiem wielu minerałów, m.in. opalu, chalcedonu i agatu. Dwutlenek krzemu (piasek) jest stosowany do produkcji szkła, szkła wodnego, zaprawy murarskiej, cementu, wyrobów ceramicznych, emalii, form odlewniczych i innych. Jest również surowcem do otrzymywania krzemu i jego stopów. Kwarc jest stosowany do wyrobu pryzmatów i soczewek w przyrządach optycznych. Piezoelektryczne własności kwarcu wykorzystuje się m.in. w radiotechnice.

Tlenek siarki(IV) SO₂

Dwutlenek siarki; jest bezbarwnym gazem o ostrym, duszącym zapachu, działa drażniąco na drogi oddechowe. W temp. -10^oC ulega skropleniu na bezbarwną ciecz, zestala się w temp. -72,5^oC tworząc białe kryształy. Temperatura krytyczna wynosi 157,2^oC. Rozpuszcza się w wodzie (4 objętości w 10 objętościach H₂O w temp. 20 ^oC), acetonie i kwasie octowym. Z roztworu wodnego w temp. 0^oC krystalizuje hydrat SO₂*H₂O, trwały do temp. 12^oC. Cząsteczka SO₂ ma budowę kątową; moment dipolowy wynosi 1,60D. Tlenek siarki(IV) jest tlenkiem kwasowym, reaguje z wodą tworząc kwas siarkowy(IV): SO₂ + H₂O H₂SO₃. Podczas rozpuszczania SO₂ w roztworach wodorotlenków litowców powstają siarczany(IV) lub wodorosiarczany, np. SO₂ + 2NaOH Na₂SO₃ + H₂O , SO₂ + NaOH NaHSO₃. Tlenek siarki(IV) posiada zarówno własności redukujące jak i utleniające. W kwaśnym środowisku redukuje manganiany do związków manganu(II), dwuchromiany do chromu(III), żelazo(III) do żelaza(II). W stosunku do silnych czynników redukujących przejawia własności utleniające, np. w reakcji z wilgotnym siarkowodorem 2H₂S + SO₂ 3S + 2H₂O. Tlen reaguje z SO₂ tworząc SO₃; na skalę przemysłową ten proces jest stosowany do produkcji kwasu siarkowego. Tlenek siarki(IV) skrapla się na bezbarwną ciecz nie przewodzącą prądu elektrycznego, lecz rozpuszczone w nim elektrolity, np. NaCl, ulegają dysocjacji elektrolitycznej, ponieważ przenikalność elektryczna ciekłego SO₂ ma dość dużą wartość (13,2). Autodysocjacja ciekłego SO₂ przebiega według równania 2SO₂ SO²⁺ + SO₃^2- . Na skalę techniczną tlenek siarki(IV) jest otrzymywany przez prażenie pirytu (FeS₂) lub siarczków metali w obecności powietrza; 4FeS₂ + 11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂ , 2ZnS + 3O₂ 2ZnO + 2SO₂ oraz przez spalanie siarki lub siarkowodoru S + O₂ SO₂ , 2H₂S + 3O₂ 2SO₂ + 2H₂O. W laboratorium jest otrzymywany przez działanie stężonym kwasem siarkowym na miedź Cu + H₂SO₄ CuSO₄ + SO₂ + H₂O , lub mocnym kwasem na siarczany(IV) Na₂SO₃ + 2HClaq SO₂ + 2NaCl + H₂O. Największe ilości SO₂ są zużywane do produkcji kwasu siarkowego, pozatym znajduje zastosowanie do wybielania włókien, papieru, wełny i słomy, jako środek owadobójczy oraz jako konserwant win i soków owocowych (symbol E 220).

Tlenek wapnia CaO

Wapno palone; biały, higroskopijny proszek, temp. topnienia 2576^oC, reaguje gwałtownie z wodą z wydzieleniem dużych ilości ciepła: CaO + H₂O Ca(OH)₂ Technicznie na wielką skalę jest otrzymywany przez prażenie kamienia wapiennego w temp. 900-1000^oC CaCO₃ CaO + CO₂ . Stosowany do wyrobu zaprawy murarskiej (jej twardnienie polega m.in. na reakcji Ca(OH)₂ + CO₂ CaCO₃ + H₂O ), cementu, w leśnictwie jako środek owadobójczy, do wyrobu karbidu, w metalurgii jako dodatek szlakujący, w rolnictwie jako środek zmniejszający zakwaszenie gleby, w cukrownictwie (defekacja), w garbarstwie do odwłosiania skór, a także do oczyszczania gazów do zmydlania tłuszczów podczas produkcji stearyny i do wyrobu farb wapiennych.

Tlenek węgla(IV) CO₂

Dwutlenek węgla w przygotowaniu.

Woda H₂O

Tlenek wodoru w przygotowaniu.