أكسيد

أكسيد ( / ˈɒksaɪd / ) هو مركب كيميائي يحتوي على ذرة أكسجين واحدة على الأقل وعنصر آخر [ ^1] في صيغته الكيميائية . " الأكسيد " نفسه هو ثنائي الأنيون (أنيون يحمل شحنة صافية -2) للأكسجين، أيون O ^2– مع الأكسجين في حالة أكسدة -2 . تتكون معظم قشرة الأرض من أكاسيد. حتى المواد التي تعتبر عناصر نقية غالبًا ما تطور طبقة أكسيد. على سبيل المثال، تطور رقائق الألومنيوم طبقة رقيقة من Al ₂ O ₃ (تسمى طبقة التخميل ) تحمي الرقاقة من المزيد من الأكسدة . ^[2]

الأكاسيد متنوعة بشكل غير عادي من حيث النسب المئوية (العلاقة القابلة للقياس بين المتفاعلات والمعادلات الكيميائية لمعادلة أو تفاعل) ومن حيث هياكل كل نسبة مئوية. تشكل معظم العناصر أكاسيد ذات أكثر من نسبة مئوية واحدة. ومن الأمثلة المعروفة أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون . ^[2] وهذا ينطبق على الأكاسيد الثنائية ، أي المركبات التي تحتوي فقط على أكسيد وعنصر آخر. الأكاسيد ذات النسب المئوية الأكثر تعقيدًا هي أكثر شيوعًا من الأكاسيد الثنائية. يمكن أن ينشأ هذا التعقيد عن طريق إدخال كاتيونات أخرى (أيون مشحون إيجابيًا، أي أيون ينجذب إلى الكاثود في التحليل الكهربائي) أو أنيونات أخرى (أيون مشحون سلبًا). سيليكات الحديد ، _Fe2SiO4 ، معدن _{الفاياليت} ، هو أحد الأمثلة العديدة لأكسيد ثلاثي. بالنسبة للعديد من أكاسيد المعادن، توجد أيضًا احتمالات تعدد الأشكال وعدم النسبة المئوية. ^[3] توجد ثاني أكسيدات التيتانيوم المهمة تجاريًا في ثلاثة هياكل مميزة، على سبيل المثال. توجد العديد من أكاسيد المعادن في حالات غير متكافئة مختلفة. توجد العديد من الأكاسيد الجزيئية مع ربيطات متنوعة أيضًا. ^[4]

من أجل التبسيط، يركز الجزء الأكبر من هذه المقالة على الأكاسيد الثنائية.

ترتبط الأكاسيد بجميع العناصر باستثناء بعض الغازات النبيلة. وبالتالي فإن مسارات تكوين هذه العائلة المتنوعة من المركبات عديدة.

تنشأ العديد من أكاسيد المعادن عن طريق تحلل مركبات معدنية أخرى، مثل الكربونات والهيدروكسيدات والنترات. في صناعة أكسيد الكالسيوم، يتحلل كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) عند التسخين، مما يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون: ^[2]

${\displaystyle {\ce {CaCO3 -> CaO + CO2}}}$

إن تفاعل العناصر مع الأكسجين في الهواء هو خطوة أساسية في التآكل المرتبط بالاستخدام التجاري للحديد بشكل خاص. تشكل جميع العناصر تقريبًا أكاسيد عند التسخين في جو من الأكسجين. على سبيل المثال، يحترق مسحوق الزنك في الهواء ليعطي أكسيد الزنك: ^[5]

${\displaystyle {\ce {2 Zn + O2 -> 2 ZnO}}}$

غالبًا ما ينطوي إنتاج المعادن من الخامات على إنتاج أكاسيد عن طريق تحميص (تسخين) معادن كبريتيد المعادن في الهواء. بهذه الطريقة، يتم تحويل MoS ₂ ( الموليبدينيت ) إلى ثلاثي أكسيد الموليبدينوم ، المادة الأولية لجميع مركبات الموليبدينوم تقريبًا: ^[6]

${\displaystyle {\ce {2 MoS2 + 7 O2 -> 2MoO3 + 4 SO2}}}$

تعتبر المعادن النبيلة (مثل الذهب والبلاتين ) ذات قيمة عالية لأنها تقاوم التفاعل الكيميائي المباشر مع الأكسجين. [ ^2]

${\displaystyle {\ce {NiS + 3/2 O2 -> NiO + SO2}}}$

من أكاسيد اللافلزات المهمة والشائعة ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون . تتكون هذه الأنواع عند الأكسدة الكاملة أو الجزئية للكربون أو الهيدروكربونات. مع نقص الأكسجين، يتم إنتاج أول أكسيد الكربون: ^[2]

${\displaystyle {\ce {CH4 + 3/2 O2 -> CO + 2 H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {C + 1/2 O2 -> CO}}}$

مع وجود كمية زائدة من الأكسجين، يصبح ثاني أكسيد الكربون هو المنتج، ويستمر المسار بوساطة أول أكسيد الكربون:

${\displaystyle {\ce {CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {C + O2 -> CO2}}}$

من الصعب تحويل النيتروجين العنصري ( N ₂ ) إلى أكاسيد، ولكن احتراق الأمونيا يعطي أكسيد النيتريك، الذي يتفاعل بعد ذلك مع الأكسجين:

${\displaystyle {\ce {4 NH3 + 5 O2 -> 4 NO + 6 H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {NO + 1/2 O2 -> NO2}}}$

يتم ممارسة هذه التفاعلات في إنتاج حمض النيتريك ، وهو مادة كيميائية أساسية. ^[7]

المادة الكيميائية المنتجة على نطاق صناعي واسع هي حمض الكبريتيك . يتم إنتاجه عن طريق أكسدة الكبريت إلى ثاني أكسيد الكبريت ، والذي يتأكسد بشكل منفصل إلى ثالث أكسيد الكبريت : ^[8]

${\displaystyle {\ce {S + O2 -> SO2}}}$

${\displaystyle {\ce {SO2 + 1/2 O2 -> SO3}}}$

وأخيرا يتم تحويل ثلاثي أكسيد الكبريتيك إلى حمض الكبريتيك عن طريق تفاعل الترطيب :

${\displaystyle {\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}}$

تحتوي الأكاسيد على مجموعة من الهياكل، من الجزيئات الفردية إلى الهياكل البوليمرية والبلورية . في الظروف القياسية، قد تتراوح الأكاسيد من المواد الصلبة إلى الغازات. عادةً ما تحتوي أكاسيد المعادن الصلبة على هياكل بوليمرية في الظروف المحيطة. [ ^9]

• بعض الأكاسيد الغازية الهامة
• 
  ثاني أكسيد الكربون هو المنتج الرئيسي لاحتراق الوقود الأحفوري.
• 
  أول أكسيد الكربون هو نتاج الاحتراق غير الكامل للوقود المعتمد على الكربون ويعتبر مادة أولية للعديد من المواد الكيميائية المفيدة.
• 
  يعد ثاني أكسيد النيتروجين ملوثًا خطيرًا من محركات الاحتراق الداخلي.
• 
  ثاني أكسيد الكبريت ، وهو أكسيد الكبريت الرئيسي ، ينبعث من البراكين.
• 
  أكسيد النيتروز ("غاز الضحك") هو غاز دفيئة قوي تنتجه بكتيريا التربة.

_{على الرغم من أن معظم أكاسيد المعادن عبارة عن مواد صلبة بلورية، فإن} العديد من أكاسيد اللافلزات عبارة عن جزيئات. ومن أمثلة الأكاسيد الجزيئية ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون . جميع أكاسيد النيتروجين البسيطة جزيئية، على سبيل المثال، NO وN2O _و NO2 _و N2O4 _. يعد خامس أكسيد الفوسفور أكسيدًا جزيئيًا أكثر تعقيدًا باسم مضلل، حيث تكون الصيغة الحقيقية هي P4O10 _{. تعد رباعيات الأكسيد نادرة، مع وجود} بعض الأمثلة الأكثر شيوعًا مثل رباعي أكسيد الروثينيوم ورباعي أكسيد الأوزميوم ورباعي أكسيد الزينون . ^[2]

يتم ممارسة اختزال أكسيد المعدن إلى المعدن على نطاق واسع في إنتاج بعض المعادن. تتحول العديد من أكاسيد المعادن إلى معادن ببساطة عن طريق التسخين، (انظر التحلل الحراري ). على سبيل المثال، يتحلل أكسيد الفضة عند 200 درجة مئوية: ^[10]

${\displaystyle {\ce {2 Ag2O -> 4 Ag + O2}}}$

ومع ذلك، في أغلب الأحيان، يتم اختزال أكاسيد المعادن بواسطة كاشف كيميائي. ومن عوامل الاختزال الشائعة والرخيصة الكربون في شكل فحم الكوك . وأبرز مثال على ذلك هو صهر خام الحديد . تتضمن هذه العملية العديد من التفاعلات، ولكن المعادلة المبسطة عادة ما تظهر على النحو التالي: ^[2]

${\displaystyle {\ce {2 Fe2O3 + 3 C -> 4 Fe + 3 CO2}}}$

تذوب بعض أكاسيد المعادن في وجود عوامل الاختزال، والتي يمكن أن تشمل المركبات العضوية. يعد الذوبان الاختزالي لأكاسيد الحديد جزءًا لا يتجزأ من الظواهر الجيوكيميائية مثل دورة الحديد . ^[11]

نظرًا لأن روابط MO قوية عادةً، فإن أكاسيد المعادن تميل إلى أن تكون غير قابلة للذوبان في المذيبات، على الرغم من أنها قد تتعرض للهجوم بواسطة الأحماض والقواعد المائية. ^[2]

غالبًا ما يعطي إذابة الأكاسيد أيونات أكسجينية . إضافة قاعدة مائية إلى P ₄ O ₁₀ يعطي فوسفات مختلفة . إضافة قاعدة مائية إلى MoO ₃ يعطي بولي أوكسوميتالات . الأكسونات نادرة، بعض الأمثلة هي نيتروزونيوم ( NO ⁺ ) وفانديل ( VO ²⁺ ) ويورانيل ( UO2+2). بالطبع، هناك العديد من المركبات المعروفة التي تحتوي على أكاسيد ومجموعات أخرى. في الكيمياء العضوية ، تشمل هذه المركبات الكيتونات والعديد من مركبات الكربونيل ذات الصلة . بالنسبة للمعادن الانتقالية، هناك العديد من معقدات الأكسو المعروفة بالإضافة إلى هاليدات الأوكسي . ^[2]

الصيغ الكيميائية لأكاسيد العناصر الكيميائية في أعلى حالة أكسدة لها يمكن التنبؤ بها ويتم اشتقاقها من عدد الإلكترونات التكافؤية لهذا العنصر. حتى الصيغة الكيميائية لـ O ₄ ، رباعي الأكسجين ، يمكن التنبؤ بها كعنصر في المجموعة 16. أحد الاستثناءات هو النحاس ، حيث يكون أكسيد أعلى حالة أكسدة هو أكسيد النحاس (II) وليس أكسيد النحاس (I) . استثناء آخر هو الفلوريد ، والذي لا يوجد كما قد يتوقع المرء - كـ F ₂ O ₇ - ولكن كـ OF _2. ^[12 ]

• أيونات الأكسجين الأخرى الأوزونيد ، O-3، فوق أكسيد ، O-2، بيروكسيد ، O2-2و ثنائي أكسجينيل ، O+2.
• أكسيد فرعي
• أوكسوهاليد
• أوكسيانون
• أكسيد معقد
• انظر الفئة:أكاسيد للحصول على قائمة الأكاسيد.
• ملح
• الالكترونات الرطبة