Реакція: основні оксиди + вода: які реагують, а які ні? (8 клас)

📚 Основні оксиди – реакція із водою (8 кл)

Чому кальцій оксид CaO активно реагує з водою, купрум(II) оксид CuO не реагує, а магній оксид MgO реагує дуже повільно? Адже всі три речовини належать до основних оксидів!  Розберемо реакції основних оксидів з водою на рівні атомів та йонів. З’ясуємо, як оксид-іон O²⁻ забирає протон у молекули води, чому утворюються два гідроксид-іони OH⁻ та як із них утворюється кальцій гідроксид Ca(OH)₂. Також дізнаємося, чому не всі основні оксиди реагують із водою, від чого залежить швидкість хімічної реакції та як правильно записувати рівняння реакцій.

Кальцій оксид CaO активно реагує з водою, магній оксид MgO — значно повільніше, а купрум(II) оксид CuO за звичайних умов узагалі не реагує. Але всі три речовини належать до основних оксидів. Чому ж вони поводяться настільки по-різному?

Щоб розібратися, спочатку з’ясуємо, що відбувається під час реакції кальцій оксиду з водою. Простежимо за окремими частинками й побачимо, звідки беруться продукти реакції.

Як кальцій оксид (CaO) реагує з водою

CaO і вода

Кальцій оксид CaO — йонна сполука. Його кристал складається з позитивно заряджених йонів кальцію Ca²⁺ та негативно заряджених оксид-іонів O²⁻. Ці йони притягуються один до одного й утворюють кристалічну ґратку. Коли ми додаємо воду, її молекули починають взаємодіяти з поверхнею кристала.

Особливу роль у цій реакції відіграють оксид-іони O²⁻. Вони здатні приєднувати протони, тобто позитивно заряджені ядра атомів Гідрогену. А молекула води H₂O містить два атоми Гідрогену, сполучені з Оксигеном ковалентними зв’язками.

Що ж відбувається, коли оксид-іон зустрічається з молекулою води?

Що ж відбувається, коли оксид-іон зустрічається з молекулою води?

Оксид-іон O²⁻ приєднує протон від одного з атомів Гідрогену молекули води. При цьому електронна пара зв’язку O–H залишається біля атома Оксигену води. Отже, від молекули води до оксид-іона переходить саме протон, а не електрон.

Тут важливо розуміти, що протон не обов’язково спочатку відокремлюється від води й вільно рухається в розчині. Він може передаватися безпосередньо від молекули води до оксид-іона.

Звідки беруться два гідроксид-іони

Звідки беруться два гідроксид-іони

Тепер простежимо за результатом перенесення протона.

Оксид-іон O²⁻ приєднав протон H⁺ і перетворився на гідроксид-іон OH⁻. Його заряд змінився з −2 на −1, оскільки він приєднав частинку із зарядом +1.

O²⁻ + H⁺ → OH⁻

Це перший гідроксид-іон.

А що сталося з молекулою води? Вона віддала один протон, але електронна пара розірваного зв’язку залишилася біля її атома Оксигену. Тому залишок молекули води також перетворився на гідроксид-іон OH⁻.

Це другий гідроксид-іон.

Отже, один оксид-іон і одна молекула води утворюють два гідроксид-іони:

O²⁻ + H₂O → 2OH⁻

O²⁻ + H₂O → 2OH⁻

Перевіримо заряди. Ліворуч маємо −2, праворуч — два заряди по −1. Кількість атомів Оксигену та Гідрогену також зберігається.

А де ж кальцій?

Йони Ca²⁺ разом з утвореними гідроксид-іонами OH⁻ формують кальцій гідроксид Ca(OH)₂. На один йон кальцію припадають два гідроксид-іони, тому загальний заряд сполуки дорівнює нулю.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Цю реакцію називають гасінням вапна. CaO — негашене вапно, а Ca(OH)₂ — гашене. Реакція супроводжується значним виділенням теплоти, тому суміш може сильно нагріватися.

Чому CuO не реагує з водою?

Тепер розглянемо купрум(II) оксид CuO. Він також належить до основних оксидів, але за звичайних умов із водою не реагує. Чому ж механізм, який ми щойно розглянули, тут не працює?

Чому CuO не реагує з водою?

Річ у тому, що для утворення гідроксиду недостатньо просто мати Оксиген у складі оксиду. Важливі міцність і будова кристала, характер хімічних зв’язків та енергетична вигідність утворення продуктів. У випадку CaO взаємодія з водою відбувається легко й супроводжується значним виділенням теплоти. А для CuO безпосереднє перетворення на гідроксид за звичайних умов не є енергетично вигідним.

CuO + H₂O — реакція не відбувається.

Але купрум(II) гідроксид Cu(OH)₂ існує! Його можна одержати іншим способом, наприклад додавши розчин натрій гідроксиду до розчину купрум(II) сульфату. У результаті утворюється характерний блакитний осад:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Отже, можливість існування гідроксиду ще не означає, що його можна одержати безпосередньо реакцією відповідного оксиду з водою.

Чому Mgo реагує з водою повільно

Чому Mgo реагує з водою повільно

Магній оксид MgO також має йонну кристалічну структуру й може взаємодіяти з водою з утворенням магній гідроксиду:

MgO + H₂O → Mg(OH)₂

Але на відміну від CaO, ця реакція за звичайних умов часто відбувається повільно. Чому?

Спочатку вода взаємодіє з поверхнею кристала MgO. На ній поступово утворюється шар малорозчинного магній гідроксиду Mg(OH)₂. Цей шар може ускладнювати подальший доступ води до оксиду, тому реакція сповільнюється.

Швидкість також залежить від стану самого MgO. Дрібний порошок має більшу площу поверхні, доступну для взаємодії з водою. А сильно прожарений магній оксид зазвичай реагує значно повільніше через зміни структури й зменшення доступної поверхні.

Отже, потрібно розрізняти два запитання: чи може реакція відбуватися і наскільки швидко вона відбувається? Адже навіть можлива реакція іноді проходить настільки повільно, що її результати важко помітити.

Які основні оксиди реагують із водою

Які основні оксиди реагують із водою

Тепер сформулюємо практичне правило.

З водою активно реагують оксиди лужних металів, наприклад Na₂O та K₂O. Також із водою реагують оксиди кальцію, стронцію та барію. У результаті утворюються відповідні гідроксиди.

Na₂O + H₂O → 2NaOH

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

BaO + H₂O → Ba(OH)₂

Магній оксид MgO може реагувати з водою повільно, а CuO та Fe₂O₃ за звичайних умов із нею не реагують.

Тому не можна автоматично записувати реакцію кожного основного оксиду з водою. Спочатку потрібно з’ясувати, чи справді таке перетворення відбувається.

основний оксид не обов’язково реагує з водою, навіть якщо відповідний гідроксид існує.

Додаткову інформацію дивись на сторінці “Шкільна хімія“.

Прокрутка до верху