Charakter chemiczny tlenków jest jednym z tematów, które uczeń zdający maturę z chemii bezwzględnie znać musi. Uwzględniając opisane zagadnienie jako kryterium klasyfikacji, tlenki możemy podzielić na kwasowe (SO₃, P₄O₁₀, Mn₂O₇), zasadowe (CaO, K₂O, FeO), amfoteryczne (BeO, Al₂O₃, Cr₂O₃) oraz obojętne (NO, CO). Z uwagi na dość można powiedzieć kontrowersyjną klasyfikację ostatniego z wymienionych – tlenku węgla(II), związkowi temu wiele uwagi poświęcił już Damian Micki w swoim artykule kilka lat temu. Szczerze polecam jego lekturę: Czy CO jest tlenkiem obojętnym?

Wymienione substancje to oczywiście jedynie wybrane przykłady, dlatego trzeba mieć świadomość, że do podanych grup tlenków należy o wiele więcej związków chemicznych. Badając ich zachowanie się wobec wodnych roztworów kwasów, wodorotlenków oraz niekiedy samej wody mamy możliwość udowodnić w sposób doświadczalny charakter chemiczny w zasadzie każdego z nich…

Dzisiaj skupimy się na pierwszej z wymienionych grup tlenków – wykazujących charakter kwasowy. W szkole uczymy się, że są to związki chemiczne, które:

– reagują z zasadami, na przykład tlenek siarki(VI):

SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O

Gdy jednak zastosujemy inną stechiometrię reagentów, możemy uzyskać roztwór odpowiedniej wodorosoli:

SO₃ + NaOH → NaHSO₄

– niektóre reagują z wodą i wówczas uzyskujemy wodne roztwory kwasów tlenowych (takie tlenki nazywamy wówczas kwasotwórczymi):

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

– nie reagują z kwasami, ale mogą wchodzić w reakcję chemiczną z zawartą w roztworze kwasu wodą. Na przykład wspomniany tlenek siarki(VI) (równanie reakcji powyżej).

SO₃ + HCl → reakcja nie zachodzi, ale z uwagi na obecną w roztworze kwasu solnego wodę, tlenek siarki(VI) przereaguje z nią tworząc kwas siarkowy(VI). Uzyskamy w ten sposób roztwór stanowiący mieszaninę kwasu solnego oraz siarkowego(VI).

Wymienione przykłady dotyczą typowych zachowań tlenków o charakterze kwasowym wobec danego odczynnika (kwasu czy zasady oraz wody) i teoretycznie moglibyśmy na tym poprzestać, gdyby wziąć pod uwagę tlenki o charakterze kwasowym pochodzące od większości pierwiastków niemetalicznych bloku p. Sprawa zaczyna się jednak nieco komplikować w przypadku niektórych tlenków metali bloku d. Rozważmy dwa tlenki obowiązujące Cię do matury z chemii: CrO₃ (czerwone ciało stałe) oraz Mn₂O₇ (zielona, oleista ciecz). Oba wymienione związki chemiczne są silnymi utleniaczami, a środowisko kwasowe jeszcze bardziej potęguję ich zdolności utleniające. Gdy tlenek chromu(VI) lub tlenek manganu(VII) wprowadzony zostanie do środowiska kwasowego, w którym znajduje się odpowiednio silny reduktor, wówczas nastąpi przebieg reakcji redoks. Rozważmy zachowanie się wymienionych tlenków wobec trzech znanych Ci kwasów beztlenowych. W tym celu najpierw przyjrzymy się równaniom dysocjacji elektrolitycznej kwasów:

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl^–

HBr + H₂O → H₃O⁺ + Br^–

HI + H₂O → H₃O⁺ + I^–

W wyniku opisanych procesów dysocjacji jonowej, w roztworze pojawiają się aniony odpowiednich reszt kwasowych oraz jony hydroniowe, nadające odczyn kwasowy uzyskanej mieszaninie. Jeśli do takiego układu wprowadzone zostaną wspomniane tlenki – CrO₃ lub Mn₂O₇, wówczas przebiegnie reakcja redoks z udziałem każdej z tych substancji (reakcje z wodnym roztworem kwasu HI przebiegają w sposób podobny):

Mn₂O₇ + 14H₃O⁺ + 10Cl^– → 2Mn²⁺ + 21H₂O + 5Cl₂

2CrO₃ + 12H₃O⁺ + 6Br^– → 2Cr³⁺ + 18H₂O + 3Br₂ (bilans jonowo-elektronowy tej reakcji chemicznej opisany został na końcu tego artykułu)

Jeszcze ciekawiej robi się w przypadku, gdy do reakcji zaangażujemy związki organiczne, które mogłyby posłużyć jako reduktory, na przykład (obowiązkowy dla Ciebie na maturze) kwas mrówkowy:

4H₃O⁺ + 5HCOOH + Mn₂O₇ → 2Mn²⁺ + 5CO₂ + 11H₂O

Z przytoczonych przykładów wynika, że tlenki kwasowe mogą reagować również z kwasami, jednak mamy wtedy do czynienia z procesami utleniania-redukcji. UWAGA: taka reakcja nie może wówczas posłużyć do uzasadnienia kwasowego charakteru chemicznego tlenku.

Warto jest wspomnieć o jeszcze jednym przypadku reakcji tlenku kwasowego z kwasem, lecz nie jest to reakcja redoks:

4HF + SiO₂ → SiF₄ + 2H₂O

Jak widzisz, istnieje grupa tlenków wykazujących charakter kwasowy, które reagują z kwasami. Przygotowując się do egzaminu maturalnego z chemii warto jest mieć tego świadomość, ponieważ analizując arkusze CKE, już nie raz autorzy zwartych w nich zadań potrafili zaskoczyć swoimi pomysłami…