Оксиды серы, фосфора, кремния и азота

Остальные важные оксиды неметаллов тоже кислотные, но у каждого есть своё лицо. Сернистый газ и оксид азота(IV) загрязняют воздух и вызывают кислотные дожди, оксид фосфора(V) жадно поглощает воду, а оксид кремния(IV) — это песок и горный хрусталь.

Сернистый газ

Сернистый газ \(\ce{SO2}\), или оксид серы(IV), — бесцветный ядовитый газ с резким запахом горящей спички, тяжелее воздуха. Он образуется при горении серы и сульфидов и хорошо растворяется в воде, образуя слабую неустойчивую сернистую кислоту. Как кислотный оксид он реагирует со щелочами и основными оксидами:

\[ \ce{S + O2 -> SO2}, \qquad \ce{SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}, \qquad \ce{SO2 + CaO -> CaSO3} \]

Сера в сернистом газе имеет промежуточную степень окисления +4. Поэтому он может быть и восстановителем, и окислителем. Кислородом в присутствии катализатора он окисляется до оксида серы(VI) — на этом основано производство серной кислоты (тема 4.11). А с сероводородом он реагирует как окислитель, и выпадает сера:

\[ \ce{2SO2 + O2 <=>[\text{кат.}, t^\circ] 2SO3}, \qquad \ce{SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O} \]

Сернистый газ убивает микробы и плесень, поэтому в малых количествах его используют для консервирования сухофруктов и вина.

Оксид серы(VI)

Оксид серы(VI) \(\ce{SO3}\) — бесцветная летучая жидкость, которая легко переходит в твёрдое состояние. Это высший оксид серы, поэтому он может быть только окислителем. С водой он реагирует очень бурно, образуя серную кислоту; на воздухе \(\ce{SO3}\) «дымит», соединяясь с водяным паром. В промышленности его поглощают концентрированной серной кислотой, а не водой, иначе образуется стойкий кислотный туман.

Оксид фосфора(V)

Оксид фосфора(V) \(\ce{P2O5}\) — белый порошок, который образуется при горении фосфора. Он так жадно поглощает воду, что им осушают газы. С водой оксид фосфора(V) образует фосфорную кислоту, со щелочами и основными оксидами — фосфаты:

\[ \ce{P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4}, \qquad \ce{P2O5 + 3CaO -> Ca3(PO4)2} \]

Оксид кремния(IV)

Оксид кремния(IV) \(\ce{SiO2}\) — одно из самых распространённых веществ земной коры: кварц, речной песок, горный хрусталь, аметист, агат. У него атомная кристаллическая решётка (тема 3.2), поэтому он очень твёрдый, плавится около 1700 °C и не растворяется в воде. С водой он не реагирует, а со щелочами, основными оксидами и карбонатами реагирует при сплавлении. Сплавление песка с содой и известняком — основа производства стекла:

\[ \ce{SiO2 + 2NaOH ->[t^\circ] Na2SiO3 + H2O}, \qquad \ce{SiO2 + Na2CO3 ->[t^\circ] Na2SiO3 + CO2 ^} \]

Единственная кислота, которая реагирует с оксидом кремния, — плавиковая. Поэтому ею травят стекло:

\[ \ce{SiO2 + 4HF -> SiF4 ^ + 2H2O} \]

Оксид азота(IV)

Оксид азота(IV) \(\ce{NO2}\) — бурый ядовитый газ с резким запахом; за цвет выбросы этого газа из заводских труб называют «лисьим хвостом». Он образуется, когда бесцветный оксид азота(II) соединяется с кислородом воздуха. В воде в присутствии кислорода оксид азота(IV) превращается в азотную кислоту, что используют при её производстве. Со щелочами он даёт сразу две соли — нитрат и нитрит:

\[ \ce{2NO + O2 -> 2NO2}, \qquad \ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}, \qquad \ce{2NO2 + 2NaOH -> NaNO3 + NaNO2 + H2O} \]

Оксиды азота образуются в двигателях автомобилей и при грозах; вместе с сернистым газом они вызывают кислотные дожди (тема 6.2).