Чому кислотні оксиди зазвичай не реагують із кислотами? Розбираємо взаємодію CO₂ з HCl, реакцію SO₃ із сульфатною кислотою та з’ясовуємо, чому не кожна реакція оксиду з кислотою є нейтралізацією.
Що відбудеться, якщо взяти кислотний оксид, наприклад, карбон(IV) оксид CO₂ та хлоридну кислоту HCl.
HCl — кислота, а CO₂ — кислотний оксид. Обидві речовини виявляють кислотний характер, тому типової реакції нейтралізації між ними очікувати не варто. Але чому основний оксид реагує з кислотою, а кислотний — зазвичай ні? Щоб це зрозуміти, подивимося, що відбувається на рівні частинок.
1. Чому основний оксид реагує з кислотою?
Коротко згадаємо реакцію купрум(II) оксиду з хлоридною кислотою:
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
У розчині кислоти містяться йони Гідрогену H⁺. Купрум(II) оксид — йонна сполука, яку спрощено можна уявити як систему йонів Cu²⁺ та O²⁻. Йони H⁺ взаємодіють з Оксигеном оксиду з утворенням води, а йони Cu²⁺ переходять у розчин. Суть цього процесу показує скорочене йонне рівняння:
CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O
Саме така взаємодія є проявом основного характеру CuO. Кислота та основний оксид мають протилежні кислотно-основні властивості, тому між ними відбувається реакція. Але з кислотним оксидом ситуація інша.
2. Чому CO₂ не реагує з HCl?
Карбон(IV) оксид CO₂ — молекулярна речовина з ковалентними зв’язками. На відміну від CuO, у CO₂ немає окремих оксид-іонів O²⁻. Атоми Оксигену зв’язані з атомом Карбону ковалентними зв’язками. Тому механізм, який ми розглядали для CuO, тут не працює.
Якщо пропускати CO₂ через розчин хлоридної кислоти, частина газу може фізично розчинитися у водному розчині. Але йони H⁺ не перетворюють CO₂ на сіль за тим самим механізмом, за яким вони взаємодіють з основним оксидом. Між CO₂ і HCl типова кислотно-основна реакція з утворенням солі та води не відбувається.
Це пов’язано з кислотним характером CO₂. Кислотні оксиди проявляють свої характерні кислотно-основні властивості насамперед у взаємодії з речовинами основного характеру — основами та основними оксидами. Тому для CO₂ потрібно шукати не кислоту, а речовину з протилежними кислотно-основними властивостями.
3. З чим тоді реагує CO₂?
Для порівняння візьмемо натрій гідроксид NaOH — сильну основу. Карбон(IV) оксид реагує з ним з утворенням солі та води:
CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O
Утворюються натрій карбонат Na₂CO₃ та вода. Тут кислотний характер CO₂ проявляється саме у взаємодії з основою. Отже, ми бачимо певну симетрію: основні оксиди реагують із кислотами, а кислотні оксиди — з основами.
Порівняймо дві реакції:
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O
У першому випадку основний оксид взаємодіє з кислотою, у другому — кислотний оксид з основою. В обох випадках взаємодіють речовини з протилежними кислотно-основними властивостями. Саме тому кислотний оксид і кислота зазвичай не вступають між собою в таку реакцію.
4. Чи означає це, що кислотні оксиди взагалі не реагують із кислотами?
Ні. Правило «кислотні оксиди не реагують із кислотами» не є абсолютним. За певних умов між ними можуть відбуватися інші хімічні перетворення, які не є типовою реакцією нейтралізації.
Хороший приклад — сульфур(VI) оксид SO₃. Він є кислотним оксидом і активно реагує з водою з утворенням сульфатної кислоти:
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
Але SO₃ може взаємодіяти і з концентрованою сульфатною кислотою H₂SO₄. При цьому може утворюватися дисульфатна кислота H₂S₂O₇:
SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇
Здатність концентрованої сульфатної кислоти поглинати SO₃ використовують для отримання олеуму — системи, що містить SO₃, розчинений у H₂SO₄. Зверніть увагу: у цій реакції не утворюються сіль і вода. Отже, це не типова кислотно-основна взаємодія, яку ми спостерігали в реакції CuO з HCl.
Цей приклад показує, чому в хімії варто обережно ставитися до слова «ніколи». Кислотні оксиди можуть взаємодіяти з кислотами за певних умов, але характер таких процесів може бути зовсім іншим. Тому шкільне правило стосується насамперед типових кислотно-основних реакцій.
Головне, що потрібно запам’ятати
Основні оксиди проявляють свої основні властивості в реакціях із кислотами. Кислотні оксиди, навпаки, проявляють кислотні властивості насамперед у реакціях з основами та основними оксидами. Тому між кислотним оксидом і кислотою типова реакція з утворенням солі та води зазвичай не відбувається.
Для восьмого класу головне правило можна сформулювати так:
Кислотні оксиди зазвичай не реагують із кислотами з утворенням солі та води.
Слово «зазвичай» тут важливе. Воно означає, що правило описує типові кислотно-основні властивості, але не виключає інших хімічних перетворень за особливих умов.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Шкільна хімія“.