 |
 |
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 22,4oC skrapla się na ciecz, która
staje się coraz jaśniejsza, w końcu bezbarwna i zestala się w temp.
-10,2oC, 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. 27oC 80% jest
w postaci N2O4, w temp. 100 oC
N2O4 stanowi 10%. Tlenek azotu (IV) w temp. 200oC
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. 1710oC. 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.
1400oC 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. -10oC ulega skropleniu na bezbarwną
ciecz, zestala się w temp. -72,5oC tworząc białe kryształy. Temperatura
krytyczna wynosi 157,2oC. Rozpuszcza się w wodzie (4
objętości w 10 objętościach H2O w temp. 20 oC), acetonie i kwasie octowym. Z
roztworu wodnego w temp. 0oC krystalizuje hydrat
SO2*H2O, trwały do temp. 12oC. 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+ + SO32- . 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
2576oC, 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. 900-1000oC
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.
|
 |
 |