To grupa związków nieorganicznych, powstałych z połączenia różnych pierwiastków z tlenem, o ogólnym wzorze XnOm, gdzie „X” to dowolny pierwiastek, „O” to tlen, zawsze na drugim stopniu utlenienia, a litery „n,m” w indeksie dolnym to współczynniki. Przykładami tlenków są woda H2O, tlenek potasu K2O, tlenek glinu Al2O3, tlenek wapnia CaO oraz tlenek węgla(II) CO.
![](https://bcdn.products.pcc.eu/wp-content/uploads/2023/06/miniatura-tlenki.png)
Podział tlenków
Tlenki możemy podzielić ze względu na kilka kategorii. Najbardziej ogólny podział to rozróżnienie na tlenki metali na przykład litu, magnezu, glinu, żelaza oraz tlenki niemetali w tym tlenki węgla, azotu, siarki i chloru. Inne kryterium to podział ze względu na ich stan skupienia. Ciałami stałymi są prawie wszystkie tlenki metali oraz część niemetali (SiO2, P4O10), cieczami są woda, tlenek siarki(VI) oraz tlenek manganu(VII), a tlenkami gazowymi są przede wszystkim tlenki niemetali takie jak CO, CO2, SO2, NO i NO2. Tlenki możemy również podzielić ze względu na występujący w nich rodzaj wiązania. W tlenku magnezu MgO, tlenku wapnia CaO czy tlenku sodu Na2O występują jony O2- oraz wiązania jonowe, stąd ich nazwa – tlenki jonowe. Inną grupą są tlenki kowalencyjne na przykład tlenek węgla (II) CO, tlenek azotu (II) NO czy też tlenek siarki (IV) SO2, w których wiązanie pomiędzy atomem tlenu a pierwiastkiem przyjmuje charakter wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego.
Charakter chemiczny tlenków
Najciekawszym dla chemików podziałem jest ten ze względu na charakter chemiczny tlenków. Rozróżniamy cztery główne kategorie – tlenki kwasowe, zasadowe, obojętne i amfoteryczne.
- Tlenki kwasowe, czasami nazywane również bezwodnikami kwasowymi, rozróżniamy po tym, że reagują z zasadami, dając produkt w postaci soli. Znaczna część tlenków kwasowych po rozpuszczeniu w wodzie tworzy odpowiednie roztwory kwasów tlenowych. Dzieje się tak między innymi z tlenkiem siarki (IV), który rozpuszczając się w wodzie wytwarza kwas siarkowy (IV) oraz tlenkiem chromu (VI) rozpuszczanym do kwasu chromowego (VI):
SO2 + H2O → H2SO3
CrO3 + H2O → H2CrO4
Istnieje niewielka grupa tlenków kwasowych, które są nierozpuszczalne w wodzie. Są jednak rozpuszczalne w roztworach mocnych zasad, a należą do nich tlenek krzemu (IV) SiO2, tlenek molibdenu (VI) MoO3 oraz tlenek wolframu(VI) WO3. Ich reakcje z zasadami potwierdzają kwasowy charakter:
SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
MoO3 + 2KOH → K2MoO4 + H2O
WO3 + 2NaOH → Na2WO4 + H2O
Z reguły tlenki kwasowe stanowią tlenki niemetali oraz tlenki metali na ich najwyższych możliwych stopniach utlenienia. W przypadkach kiedy dany pierwiastek tworzy kilka tlenków na różnych stopniach utlenienia tak jak np. chrom, wraz ze wzrostem stopnia utlenienia, właściwości kwasowe tworzonych przez niego tlenków również rosną:
- tlenek chromu(II) CrO posiada charakter zasadowy,
- tlenek chromu(III) Cr2O3 posiada właściwości amfoteryczne,
- tlenek chromu(VI) CrO3 posiada charakter kwasowy.
- Tlenki zasadowe to takie związki tlenu z metalami, które reagują z kwasami, dając produkty w postaci odpowiednich soli. Część z nich, to znaczy tlenki wytworzone z pierwiastkami z grupy pierwszej i drugiej układu okresowego, z wyłączeniem berylu, charakteryzuje również reakcja z wodą skutkująca wytworzeniem zasadowych wodorotlenków. Dzieje się tak na przykład podczas reakcji tlenków sodu, litu oraz baru z wodą:
Na2O + H2O → 2NaOH
Li2O + H2O → 2LiOH
BaO + H2O → Ba(OH)2
Istnieją również tlenki zasadowe, które nie rozpuszczają się w wodzie a jedynie w roztworach kwasów. Należą do nich między innymi tlenek manganu(II) oraz tlenek żelaza(II):
MnO + H2SO4 → MnSO4 + H2O
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
- Tlenki obojętne są najmniej reaktywną grupą tlenków. Nie zachodzą z nimi reakcje ani z użyciem kwasów, ani zasad. Są również nierozpuszczalne w wodzie. Przedstawicielami tej grupy tlenków są tlenek węgla(II) CO oraz tlenek azotu(II) NO.
- Tlenki amfoteryczne są całkowitym przeciwieństwem tlenków obojętnych i wykazują jednocześnie charakter kwasowy oraz zasadowy. Oznacza to, że reagują zarówno z mocnymi zasadami, jak i kwasami. Produktami takich reakcji są zawsze sole, a pierwiastek będący początkowo w połączeniu z tlenem przekształca się w odpowiedni kation lub anion reszty kwasowej. Jedynym podobieństwem do tlenków obojętnych jest ich słaba rozpuszczalność w wodzie. Przykładami tlenków o charakterze amfoterycznym są tlenek berylu BeO, tlenek glinu Al2O3, wspomniany już wcześniej tlenek chromu(III), tlenek cyny(II) SnO, tlenek ołowiu(II) PbO oraz tlenek cynku ZnO. Reagując z roztworami wodnymi mocnych zasad, na przykład z wodnym roztworem wodorotlenku sodu, tworzą sole kompleksowe. W ich resztach kwasowych obecne są atomy lub jony metalu, który pochodzi z tlenku, skompleksowane z odpowiednią ilością grupy hydroksylowych. Ich liczba jest zależna od liczby koordynacyjnej, która charakteryzuje dany pierwiastek. Przykładowo, atomy pochodzące od tlenków typu MO (M – metal), czyli takich jak tlenek berylu BeO wykazują liczbę koordynacyjną równą 4. Atomy pochodzące od tlenków typu M2O3, na przykład Al2O3 mogą przyjmować dwie różne liczby koordynacyjne, w zależności od warunków reakcji jest to 4 lub 6. Przykładowe reakcje tlenków amfoterycznych:
BeO + 2HCl → BeCl2 + H2O
BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] tetrahydroksyocynkan sodu
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2KOH + 3H2O → 2K[Al(OH)4] tetrahydroksyoglinian potasu
Al2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Al(OH)6] heksahydroksyoglinian sodu
Niektóre tlenki, takie jak tlenek cynku oraz tlenek manganu (IV) wykazują dość specyficzne właściwości amfoteryczne. Ten drugi, ani w warunkach normalnych ani standardowych nie reaguje z żadnymi zasadami. Oba natomiast reagują z nimi w wyniku stapiania ze stałymi zasadami, na przykład:
Otrzymywanie tlenków
- Bezpośrednia synteza pierwiastków:
a) synteza atomów siarki i tlenu z otrzymaniem tlenku siarki (IV)
S + O → SO2
b) synteza atomów magnezu i tlenu z otrzymaniem tlenku magnezu
2Mg + O2 → 2MgO
c) synteza atomów węgla i tlenu z otrzymaniem tlenku węgla (IV)
C + O2 → CO2 - Rozkład termiczny soli, wodorotlenków i tlenków:
a) rozkład węglanu wapnia na tlenek wapnia i tlenek węgla (IV)
CaCO3 → CaO + CO2
b) rozkład wodorotlenku miedzi (II) na tlenek miedzi (II) i wodę
Cu(OH)2 → CuO + H2O
c) rozkład tlenku manganu(IV) na tlenek manganu (III) i tlen
4MnO2 → 2Mn2O3 + O2 - Utlenianie tlenków na niższych stopniach utlenienia, ze zwiększeniem ich wartościowości:
a) utlenianie tlenku siarki (IV) do tlenku siarki (VI)
2SO2 + O2 → 2SO3
b) utlenianie tlenku azotu (II) do tlenku azotu (IV)
2NO + O2 → 2NO2
c) utlenianie tlenku węgla (II) do tlenku węgla (IV)
2CO + O2 → 2CO2
- Redukcja tlenków na wyższych stopniach utlenienia, ze zmniejszeniem ich wartościowości:
a) redukcja tlenku węgla (IV) do tlenku węgla (II)
CO2 + C → 2CO
b) redukcja tlenku cyny (II) do tlenku cyny (I)
2SnO + O2 → 2SnO2 - Spalanie związków organicznych:
a) spalanie metanu w tlenie z otrzymaniem tlenku węgla (IV) i wody
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
b) spalanie amoniaku w tlenie z otrzymaniem tlenku azotu (II) i wody
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O - Reakcja nietrwałych kwasów tlenowych:
a) rozkład kwasu węglowego (IV) na tlenek węgla (IV) i wodę:
H2CO3 → CO2 + H2O
b) rozkład kwasu siarkowego (IV) na tlenek siarki (IV) i wodę:
H2SO3 → SO2 + H2O