החומרים המהווים את הבסיס לעולמנו הפיזי מורכבים מסוגים שונים של יסודות כימיים. ארבעה מהם הם הנפוצים ביותר. אלה הם מימן, פחמן, חנקן וחמצן. היסוד האחרון יכול להיקשר עם חלקיקים של מתכות או לא-מתכות וליצור תרכובות בינאריות - תחמוצות. במאמרנו נלמד את השיטות החשובות ביותר להשגת תחמוצות במעבדה ובתעשייה. שקול גם את התכונות הפיזיקליות והכימיות הבסיסיות שלהם.
מצב מצטבר
תחמוצות, או תחמוצות, קיימות בשלושה מצבים: גזי, נוזלי ומוצק. לדוגמה, הקבוצה הראשונה כוללת תרכובות ידועות ונפוצות בטבע כמו פחמן דו חמצני - CO2, פחמן חד חמצני - CO, דו תחמוצת הגופרית - SO2 ואחרים. בשלב הנוזלי יש תחמוצות כמו מים - H2O, אנדריד גופרית - SO3, תחמוצת חנקן - N 2 O3. קַבָּלָהניתן לייצר את התחמוצות ששמנו במעבדה, אך פחמן חד חמצני ותלת חמצני גופרית מיוצרים גם באופן מסחרי. זאת בשל השימוש בתרכובות אלו במחזורים הטכנולוגיים של התכת ברזל וייצור חומצה סולפטית. פחמן חד חמצני משמש להפחתת ברזל מעפרות, ואנהידריד גופרתי מומס בחומצה סולפטית ונכרה אולאום.
סיווג של תחמוצות
קיימים מספר סוגים של חומרים המכילים חמצן, המורכבים משני יסודות. התכונות הכימיות והשיטות להשגת תחמוצות יהיו תלויות לאיזו מהקבוצות המפורטות שייך החומר. לדוגמה, פחמן דו חמצני, שהוא תחמוצת חומצי, מתקבל על ידי שילוב ישיר של פחמן עם חמצן, ביצוע תגובת חמצון קשה. פחמן דו חמצני יכול להשתחרר גם במהלך חילופי מלחים של חומצה פחמית וחומצות אנאורגניות חזקות:
HCl + Na2CO3=2NaCl + H2O + CO 2
איזה סוג תגובה הוא סימן ההיכר של תחמוצות חומצה? זוהי האינטראקציה שלהם עם אלקליות:
SO2 + 2NaOH → Na2SO3 + H 2O
תחמוצות אמפוטריות ולא יוצרות מלח
תחמוצות אדישות, כגון CO או N2O, אינן מסוגלות לתגובות המובילות להיווצרות מלחים. מצד שני, רוב התחמוצות החומציות יכולות להגיב עם מים ליצירת חומצות. עם זאת, זה לא אפשרי עבור תחמוצת סיליקון. כדאי להשיג חומצת סיליקט בעקיפין.דרך: מסיליקטים המגיבים עם חומצות חזקות. אמפוטריות יהיו תרכובות בינאריות כאלה עם חמצן שמסוגלות להגיב גם עם אלקליות וגם עם חומצות. נכלול את התרכובות הבאות בקבוצה זו - אלו הן התחמוצות המוכרות של אלומיניום ואבץ.
השגת תחמוצות גופרית
בתרכובות שלה עם חמצן, גופרית מציגה ערכיות שונות. אז בגופרית דו חמצנית, שהנוסחה שלה היא SO2, היא ארבע ערכית. במעבדה מייצרים דו תחמוצת הגופרית בתגובה בין חומצה סולפטית לנתרן הידרוסולפיט, שהמשוואה שלו היא
NaHSO3 + H2SO4 → NaHSO4 + SO2 + H2O
דרך נוספת לחלץ SO2 היא תהליך חיזור בין נחושת לחומצה סולפטית בריכוז גבוה. שיטת המעבדה השלישית לייצור תחמוצות גופרית היא שריפת פליטה של דגימה של חומר גופרית פשוט:
Cu + 2H2SO4=CuSO4 + SO 2 + 2H2O
בתעשיה ניתן להשיג גופרית דו חמצנית על ידי שריפת מינרלים המכילים גופרית אבץ או עופרת, וכן על ידי שריפת פיריט FeS2. הגופרית הדו-חמצנית המתקבלת בשיטה זו משמשת למיצוי של גופרית טריאוקסיד SO3 ועוד - חומצה סולפטית. דו תחמוצת הגופרית עם חומרים אחרים מתנהגת כמו תחמוצת עם תכונות חומציות. לדוגמה, האינטראקציה שלו עם מים מובילה להיווצרות חומצת סולפיט H2SO3:
SO2 + H2O=H2SO 3
תגובה זו הפיכה. מידת הניתוק של החומצה נמוכה, ולכן התרכובת מסווגת כאלקטרוליט חלש, וחומצה גופרתית עצמה יכולה להתקיים רק בתמיסה מימית. תמיד נמצאות בו מולקולות דו תחמוצת הגופרית, המעניקות לחומר ריח חריף. התערובת המגיבה נמצאת במצב של ריכוז שווה של מגיבים ומוצרים, אותם ניתן להזיז על ידי שינוי התנאים. לכן, כאשר מוסיפים אלקלי לתמיסה, התגובה תתקדם משמאל לימין. אם דו תחמוצת הגופרית יוסר מכדור התגובה על ידי חימום או נשיפה דרך תערובת של חנקן גזי, שיווי המשקל הדינמי יעבור שמאלה.
אנhydride גופרית
בוא נמשיך לשקול את התכונות והשיטות להשגת תחמוצות גופרית. אם דו תחמוצת הגופרית נשרף, התוצאה היא תחמוצת שבה לגופרית יש מצב חמצון של +6. זה טריאוקסיד גופרית. התרכובת נמצאת בשלב נוזלי, מתקשה במהירות בצורה של גבישים בטמפרטורות מתחת ל-16 מעלות צלזיוס. חומר גבישי יכול להיות מיוצג על ידי מספר שינויים אלוטרופיים הנבדלים זה מזה במבנה סריג הגביש ובנקודות ההיתוך. אנהידריד גופרית מציג את התכונות של חומר מפחית. באינטראקציה עם מים, הוא יוצר תרסיס של חומצה גופרתית, לכן, בתעשייה, H2SO4 מיוצר על ידי המסת אנהידריד גופרית בסולפט מרוכז חוּמצָה. כתוצאה מכך נוצר אולאום. מוסיפים לו מים, ומקבלים תמיסה של חומצה גופרתית.
תחמוצות בסיסיות
למדתי את התכונות והייצור של תחמוצותגופרית, השייכת לקבוצת תרכובות בינאריות חומציות עם חמצן, קחו בחשבון את תרכובות החמצן של יסודות מתכתיים.
ניתן לקבוע תחמוצות בסיסיות לפי סימן כמו נוכחות במולקולות של חלקיקי מתכת של תת-הקבוצות העיקריות של הקבוצה הראשונה או השנייה של המערכת המחזורית. הם מסווגים כאדמה אלקליין או אלקליין. לדוגמה, תחמוצת נתרן - Na2O יכולה להגיב עם מים, וכתוצאה מכך נוצרים הידרוקסידים אגרסיביים מבחינה כימית - אלקליים. עם זאת, התכונה הכימית העיקרית של תחמוצות בסיסיות היא האינטראקציה עם חומצות אורגניות או אנאורגניות. זה הולך עם היווצרות של מלח ומים. אם מוסיפים חומצה הידרוכלורית לתחמוצת אבקת נחושת לבנה, נמצא תמיסה כחולה-ירוק של נחושת כלוריד:
CuO + 2HCl=CuCl2 + H2O
חימום הידרוקסידים בלתי מסיסים מוצקים היא דרך חשובה נוספת להשיג תחמוצות בסיסיות:
Ca(OH)2 → CaO + H2O
תנאים: 520-580°C.
במאמר שלנו, בחנו את התכונות החשובות ביותר של תרכובות בינאריות עם חמצן, וכן שיטות להשגת תחמוצות במעבדה ובתעשייה.
