酸素(16族)とその化合物(オゾン、酸化物、オキソ酸)

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oxygen
実験的製法} 過酸化水素に二酸化マンガン(触媒)を加える.           2H₂O₂MnO₂] 2H₂O}+{O₂ ^}  (自己酸化還元反応}) \塩素酸カリウムに二酸化マンガン(触媒)を加えて加熱する.           2KClO3MnO₂][加熱}] 2KCl + 3}{O₂ ^} (自己酸化還元反応})$ 水を電気分解する.  {2H₂O₂H₂ + O₂   工業的製法} 体空気を分留する. 水を電気分解する.   空気中に体積で約21\%含まれる.}  助燃性(燃焼を促進する性質)あり.     クラーク数地殻中の元素の存在度 おっしゃってかな 製法H₂O₂の2個の{O}(酸化数-1)と{O}(酸化数-1)の一方から他方に{e-}が1個移動する.    これにより,\ {O}(酸化数-2)のH₂Oと{O}(酸化数0)の{O₂}\ が生じる. 製法{KClO3}の3個の{O}(酸化数-2)から{KClO3}の{Cl}(酸化数+5)に{e-}が6個移動する.    これにより,\ {Cl}(酸化数-1)の{KCl}と{O}(酸化数0)の{3O₂}\ が生じる. 過酸化水素H₂O₂の構造式は,\ {H-O-O-H}\ で表される. このように,\ 分子中に{- O – O -}結合をもつ{過酸化物は不安定なので,\ 分解して酸素を出しやすい.} 約3\%の過酸化水素水は{オキシドール}とよばれ,\ 家庭用の殺菌・消毒薬に用いられる. オゾン{O3}   製法} 酸素に紫外線 or 空気や酸素中で無声放電で得られる. { ${3O₂ <=> 2}{O3$}   性質} 淡青色,特異臭,水分子と同様に折れ線型の分子.      強酸化作用があり, 漂白・殺菌に利用. {O3 + 2H+ + 2e- O₂ + H₂O} 湿ったヨウ化カリウムデンプン紙を青色}にする.}         ${2K}{I} + {O3 + H₂O O₂}+{I}{₂ + 2KOH}$ オゾンは不安定なので,\ {O3}(0) { O₂}(0) + {O²-}(-2)に分解しやすい.  このとき,\ 他から電子を奪い取るため,\ 強い酸化作用を示す.  {O3 O₂ + O²-}\ の両辺に{2H+}を加えると半反応式\ {O3 + 2H+ + 2e- O₂ + H₂O}\ となる. オゾンの強い酸化力による\ {I}^-{₂ + 2e-}\ で生じた{I}{₂}が{ヨウ素デンプン反応}して青色になる.  (酸化剤) {O3 + 2H+ + 2e- O₂ + H₂O}   (還元剤) {2}{I}{I}{₂ + 2e-}  2式を足すと {O3 + 2H+ +2}{I}^- { O₂ + H₂O}+{I}{₂} (イオン反応式)  両辺に{2K+}と{2OH-}を加えると {O3 + 2H₂O + K}{I} {-O₂ + H₂O}+{I}{₂ + 2KOH}  {I}^-の由来は当然{K}{I},\ また{H+}の由来は水と考えられるから,\ {K+}と{OH-}を加えたわけである. \非金属}の酸化物  酸性}酸化物}(水に溶けて酸性を示す){NO₂}, CO₂,\ {SO₃     {金属}の酸化物 塩基性}酸化物}(水に溶けて塩基性を示す){Na2O},\ {CaO {両性金属}の酸化物  両性}酸化物} {Al2O3},\ {ZnO},\ {PbO    ※\ 非金属の酸化物だが,\ 例外的に{CO},\ {NO}は中性で水に不溶}である.  酸化物と水の反応 塩基性酸化物} + {H₂O 水酸化物}  {CaO + H₂O Ca(OH)₂  酸性酸化物} + {H₂O -オキソ酸}  {SO₃ + H₂O H₂SO₄ 酸性}酸化物オキソ酸 CO₂H₂CO₃ (炭酸)} SiO₂}{H₂SiO3}(ケイ酸)} {NO₂ HNO₃(硝酸)} {P4O_{10{H₃PO₄}(リン酸)} {SO₂ H₂SO₃}亜硫酸)} \SO₃{H₂SO₄(硫酸)} {Cl₂O7 HClO4}(過塩素酸)} 塩基性酸化物} + 酸} 塩 + 水  \ {ZnO + 2HCl ZnCl₂ + H₂O 酸性酸化物} + 塩基} 塩 + 水  \ {CO₂ + 2NaOH Na2CO₃ + H₂O 酸性酸化物} + 塩基性酸化物} 塩  \ {CO₂ + CaO CaCO₃\ (水は生じない}) 塩基性酸化物} 両性酸化物酸性酸化物} イオン結合}共有結合 酸化物は,\ 水に溶けたときの液性から,\ 酸性酸化物と塩基性酸化物に分類される. ただし,\ 両性金属{Al}(あ),\ {Zn}(あ),\ {Sn}(すん),\ {Pb}(なり)の酸化物は両性酸化物である. 酸化物の反応は,\ 反応原理のページで詳しく説明してあるので,\ ここでは簡潔な説明にとどめる. 塩基性酸化物と水が反応すると,\ {O²-}(不安定) + {H₂O 2OH^-}\ となり,\ 安定する. 酸性酸化物も同様の規則だと仮定すると,\ {SO₃ SO₂(OH)₂}\ のようになるはずである. {SO₂(OH)₂}は見慣れない物質だが,\ 元素を並び替えると\ {H₂SO₄}\ に他ならない. 結局,\ 塩基性酸化物からは水酸化物,\ 酸性酸化物からはオキソ酸(分子中に酸素を含む酸)ができる. なお,\ どんなオキソ酸ができるかは,\ 酸性酸化物に対応するものを暗記しておく必要がある. また,\ 酸化物は酸・塩基と中和反応するので,\ その規則を覚えておく. {酸化物+水でできる化合物は,\ 周期表の左側にいくほど塩基性,\ 右側に行くほど酸性が強くなる.} これは,\ {中心元素の電気陰性度(共有電子対を引きつける強さ)が右に行くほど強い}ことに起因する. 中心元素が金属の場合({Na}),\ 電気陰性度は\ {O}{H}{Na}\ となる. {O}と{H}が強く引き合うため,\ {Na}が電離しやすくなる.\ 結局,\ {Na^+}と{OH-}に電離して,\ 塩基性を示す. 中心元素が非金属の場合({Cl}),\ 電気陰性度は\ {O}{Cl}{H}\ となる. {O}と{Cl}が強く引き合うため,\ {H}が電離しやすくなる.\ 結局,\ {H+}と{ClO4-}に電離して,\ 酸性を示す. オキソ酸}:分子中に酸素を含む酸}同一周期では, 周期表の右側の元素のオキソ酸ほど強酸性}を示す. 同一元素で分子中の酸素原子が多いオキソ酸ほど強酸性}を示す. 名称 化学式 {Cl}酸化数 酸化力 酸性{過}塩素酸} HClO4 塩素酸}HClO3 \cline{1-3}{亜}塩素酸}HClO₂ \cline{1-3}{次亜}塩素酸} {HClO の理由は上で述べたとおりである. 周期表の右側の原子ほど電気陰性度が大きく,\ {O}と強く引き合うため,\ 結果{H+}が電離しやすくなる. 電気陰性度が大きい{O}に電子を強く引き寄せられるため,\ {H}が正電荷を帯びやすくなる.  その結果として,\ {H+}が電離しやすくなる. 「亜」は{O}が1個少ないことを意味する. 酸化力の強さ比較はあくまでイメージであり,\ 条件によって変化する. HClO}が強力な酸化作用をもつ}ことだけ覚えておけばよい.
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