Matematika pro každého
Oxidy jsou dvouprvkové sloučeniny kyslíku s jiným prvkem, ve kterých má kyslík oxidační číslo −II. Název oxidu tvoří slovo oxid a přídavné jméno od druhého prvku. Koncovka toho přídavného jména říká oxidační číslo prvku: -ný I, -natý II, -itý III, -ičitý IV, -ičný (-ečný) V, -ový VI, -istý VII, -ičelý VIII. Oxid železitý je tedy oxid železa s oxidačním číslem III a jeho vzorec je `\ce{Fe2O3}`, protože kladné a záporné náboje se musí vyrovnat:
`\begin{gathered} \mathrm{Fe}^{\mathrm{III}}_{2}\,\mathrm{O}^{-\mathrm{II}}_{3} \\[4pt] 2\cdot(+3)+3\cdot(-2)=0 \end{gathered}`
Zpaměti se stačí naučit těch osm koncovek. Počet atomů ve vzorci se pak dopočítá z jediného pravidla: součet oxidačních čísel ve sloučenině je nula. Stejně to funguje oběma směry, z názvu na vzorec i ze vzorce na název.
Koncovky ný, natý, itý, ičitý: tabulka
Koncovky jdou za sebou podle oxidačních čísel od I do VIII a učí se jako básnička: ný, natý, itý, ičitý, ičný, ový, istý, ičelý. Třetí sloupec je obecný vzorec oxidu, kde X je libovolný prvek s tímto oxidačním číslem.
| Oxidační číslo | Koncovka | Vzorec | Příklad |
|---|---|---|---|
| I | -ný | `\ce{X2O}` | oxid sodný, `\ce{Na2O}` |
| II | -natý | `\ce{XO}` | oxid vápenatý, `\ce{CaO}` |
| III | -itý | `\ce{X2O3}` | oxid železitý, `\ce{Fe2O3}` |
| IV | -ičitý | `\ce{XO2}` | oxid uhličitý, `\ce{CO2}` |
| V | -ičný, -ečný | `\ce{X2O5}` | oxid dusičný, `\ce{N2O5}` |
| VI | -ový | `\ce{XO3}` | oxid sírový, `\ce{SO3}` |
| VII | -istý | `\ce{X2O7}` | oxid chloristý, `\ce{Cl2O7}` |
| VIII | -ičelý | `\ce{XO4}` | oxid osmičelý, `\ce{OsO4}` |
Za povšimnutí stojí poslední dva sloupce. Když je oxidační číslo liché, vzorec má vždy tvar `\mathrm{X_2O}_n`, dva atomy prvku a n kyslíků. Když je sudé, dva atomy se zkrátí na jeden a vzorec je `\mathrm{XO}_{n/2}`. Oxid vápenatý (II) je tedy `\ce{CaO}`, oxid uhličitý (IV) `\ce{CO2}` a oxid chloristý (VII) `\ce{Cl2O7}`.
Pátá koncovka má dvě podoby. -ečný se píše jen u fosforu, chloru a bismutu (fosforečný, chlorečný, bismutečný), ostatní prvky mají -ičný: dusičný, vanadičný, arseničný, bromičný, jodičný. Oxidační číslo je v obou případech V.
Stejné koncovky se používají i u dalších sloučenin. Hydroxid železitý, chlorid železitý i sulfid železitý mají železo s oxidačním číslem III, jen kyseliny mají ženský tvar (kyselina sírová, kyselina dusičná). Tabulku s příkladem ke každé koncovce najdete i jako samostatnou stránku koncovky oxidačních čísel a naučit se ji dá v procvičování koncovek.
Co je oxidační číslo
Oxidační číslo je náboj, který by atom ve sloučenině měl, kdyby vazebné elektrony patřily celé tomu atomu, který je k sobě přitahuje silněji (má vyšší elektronegativitu). Je to tedy myšlený náboj, ne skutečný. Píše se římskou číslicí vpravo nahoru ke značce prvku, u záporných se znaménkem minus, u kladných se plus obvykle vynechává. V oxidu železitém tedy `\mathrm{Fe}^{\mathrm{III}}\,\mathrm{O}^{-\mathrm{II}}` a zápis se čte „železo tři, kyslík minus dva“.
Oxidační čísla se určují podle několika pravidel:
- Prvek, který není sloučený s jiným (`\ce{O2}`, `\ce{Fe}`, `\ce{S8}`), má oxidační číslo 0.
- Kyslík má ve sloučeninách −II. Výjimkou jsou peroxidy, kde má −I, a sloučeniny s fluorem.
- Vodík má +I, jen v hydridech kovů (například `\ce{NaH}`) má −I.
- Fluor má ve sloučeninách vždy −I.
- Alkalické kovy (Li, Na, K, Rb, Cs) mají vždy +I, kovy druhé skupiny (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) vždy +II a hliník +III.
- Součet oxidačních čísel všech atomů v neutrální sloučenině je 0, v iontu se rovná jeho náboji.
Většina ostatních prvků může mít oxidačních čísel několik, a proto od nich existuje víc oxidů. Nejvyšší kladné oxidační číslo prvku hlavní skupiny (kromě kyslíku a fluoru) je rovno počtu jeho valenčních elektronů, který se vyčte ze skupiny v periodické tabulce: uhlík ze 14. skupiny má nejvýš IV, síra ze 16. skupiny VI, chlor ze 17. skupiny VII. Tabulka ukazuje oxidační čísla, ve kterých se běžné prvky ve sloučeninách vyskytují nejčastěji, a přídavná jména k nim:
| Prvek | Oxidační čísla | Přídavná jména |
|---|---|---|
| sodík Na | I | sodný |
| draslík K | I | draselný |
| hořčík Mg | II | hořečnatý |
| vápník Ca | II | vápenatý |
| hliník Al | III | hlinitý |
| uhlík C | II, IV | uhelnatý, uhličitý |
| křemík Si | IV | křemičitý |
| dusík N | I, II, III, IV, V | dusný, dusnatý, dusitý, dusičitý, dusičný |
| fosfor P | III, V | fosforitý, fosforečný |
| síra S | IV, VI | siřičitý, sírový |
| chlor Cl | I, III, IV, V, VII | chlorný, chloritý, chloričitý, chlorečný, chloristý |
| mangan Mn | II, III, IV, VI, VII | manganatý, manganitý, manganičitý, manganový, manganistý |
| chrom Cr | II, III, VI | chromnatý, chromitý, chromový |
| železo Fe | II, III | železnatý, železitý |
| měď Cu | I, II | měďný, měďnatý |
| zinek Zn | II | zinečnatý |
| olovo Pb | II, IV | olovnatý, olovičitý |
Oxidační číslo prvku v libovolném vzorci dopočítá kalkulačka oxidačních čísel i s postupem a vyzkoušet se z něj můžete v procvičování oxidačních čísel.
Jak napsat vzorec oxidu z názvu
- Značky. Z přídavného jména poznáme prvek a napíšeme jeho značku, kyslík vpravo za ni. Vpravo se píše prvek s vyšší elektronegativitou a tu má kyslík vyšší než všechny prvky kromě fluoru. Sloučenina kyslíku s fluorem proto není oxid, ale difluorid kyslíku `\ce{OF2}`.
- Oxidační čísla. Podle koncovky napíšeme oxidační číslo prvku, ke kyslíku −II.
- Křížové pravidlo. Oxidační číslo kyslíku bez znaménka (2) se napíše jako index k prvku a oxidační číslo prvku jako index ke kyslíku.
- Krácení. Mají-li oba indexy společného dělitele, zkrátí se. Index 1 se nepíše.
- Zkouška. Součet oxidačních čísel musí vyjít nula.
Příklad 1: oxid hlinitý
Hlinitý je přídavné jméno od hliníku, značka Al. Koncovka -itý znamená oxidační číslo III. Dvojka od kyslíku jde k hliníku, trojka od hliníku ke kyslíku. Čísla 2 a 3 nemají společného dělitele, takže se nic nekrátí:
`\begin{gathered} \mathrm{Al}^{\mathrm{III}}\,\mathrm{O}^{-\mathrm{II}} \;\rightarrow\; \ce{Al2O3} \\[4pt] 2\cdot(+3)+3\cdot(-2)=6-6=0 \end{gathered}`
Příklad 2: oxid dusičitý
Dusičitý je od dusíku, -ičitý znamená IV. Křížem vyjde `\ce{N2O4}`. Oba indexy jsou sudé, po vydělení dvěma zbude `\ce{NO2}`. Zkouška: `4+2\cdot(-2)=0`.
Příklad 3: oxid manganistý
Manganistý je od manganu (Mn), -istý znamená VII. Křížem `\ce{Mn2O7}`, 2 a 7 nemají společného dělitele, takže vzorec zůstává `\ce{Mn2O7}`. Zkouška: `2\cdot 7+7\cdot(-2)=14-14=0`.
Příklad 4: oxid xenoničelý
Ano, i vzácný plyn xenon tvoří oxidy. Koncovka -ičelý znamená VIII, křížem `\ce{Xe2O8}`, po zkrácení dvěma `\ce{XeO4}`. Rychlejší je rovnou použít zkratku z tabulky: oxidační číslo 8 je sudé, takže vzorec je `\mathrm{XO}_{8/2}=\mathrm{XO}_4`.
Vzorec z libovolného názvu oxidu i s tímhle postupem napíše kalkulačka názvosloví oxidů: název na vzorec.
Jak určit název oxidu ze vzorce
Opačným směrem se oxidační číslo prvku dopočítá. Všechny kyslíky dohromady nesou náboj `-2\cdot(\text{počet O})` a ten musí atomy prvku vyrovnat. Na jeden atom tedy připadá:
`\text{oxidační číslo} = \dfrac{2\cdot\text{počet atomů O}}{\text{počet atomů prvku}}`
K výsledku se najde koncovka v tabulce a přidá se ke kmeni přídavného jména.
Příklad 5: V2O5
Pět kyslíků nese `5\cdot(-2)=-10`. Dva atomy vanadu musí dát +10, každý tedy `10:2=5`. Oxidačnímu číslu V odpovídá -ičný, takže jde o oxid vanadičný.
Příklad 6: Cr2O3
Tři kyslíky nesou −6, dva atomy chromu +6, jeden atom `6:2=3`. Koncovka -itý, oxid chromitý. Tady se často chybuje dosazením počtu kyslíků: trojka ve vzorci neznamená oxidační číslo III u každého oxidu, jen u těch s dvěma atomy prvku, kde se nic nekrátilo.
Příklad 7: CuO a Cu2O
V `\ce{CuO}` vychází `2\cdot 1:1=2`, tedy oxid měďnatý (černý). V `\ce{Cu2O}` vychází `2\cdot 1:2=1`, tedy oxid měďný (červený). Dvě různé látky se liší jen slabikou -na-.
Příklad 8: ClO2
Dva kyslíky nesou −4 a jediný atom chloru +4. Oxidační číslo IV, koncovka -ičitý: oxid chloričitý. Používá se k dezinfekci pitné vody.
Když výpočet nedá celé číslo nebo dá číslo, které prvek mít nemůže, nejde o obyčejný oxid (viz časté chyby níže). Název z libovolného vzorce i s výpočtem oxidačního čísla vrátí kalkulačka název oxidu ze vzorce.
Přídavná jména, na kterých se chybuje
Koncovka je vždy jedna z osmi, ale kmen přídavného jména se od názvu prvku často liší. Vápník nedává „vápníkatý“, ale vápenatý. Tyhle tvary se nedají odvodit pravidlem, je potřeba je znát:
| Prvek | Přídavné jméno |
|---|---|
| sodík (Na) | sodný (I) |
| draslík (K) | draselný (I) |
| hořčík (Mg) | hořečnatý (II) |
| vápník (Ca) | vápenatý (II) |
| zinek (Zn) | zinečnatý (II) |
| uhlík (C) | uhelnatý (II), uhličitý (IV) |
| křemík (Si) | křemičitý (IV) |
| síra (S) | siřičitý (IV), sírový (VI) |
| hliník (Al) | hlinitý (III) |
| měď (Cu) | měďný (I), měďnatý (II) |
| stříbro (Ag) | stříbrný (I) |
| rtuť (Hg) | rtuťný (I), rtuťnatý (II) |
| olovo (Pb) | olovnatý (II), olovičitý (IV) |
| cín (Sn) | cínatý (II), cíničitý (IV) |
| nikl (Ni) | nikelnatý (II), nikelitý (III) |
| baryum (Ba) | barnatý (II) |
| stroncium (Sr) | strontnatý (II) |
| kadmium (Cd) | kademnatý (II) |
Prvky, jejichž název končí na -ium, tuto koncovku ztratí: lithium → lithný, osmium → osmičelý. U několika se navíc mění kmen: baryum → barnatý, stroncium → strontnatý, kadmium → kademnatý.
Oxidy kovů a oxidy nekovů
Názvy se tvoří u všech oxidů stejně, ale chemicky se oxidy dělí podle toho, s jakým prvkem je kyslík sloučený.
- Oxidy kovů (`\ce{Na2O}`, `\ce{CaO}`, `\ce{MgO}`, `\ce{FeO}`) jsou pevné látky, které s kyselinami tvoří soli. Oxidy nejreaktivnějších kovů navíc s vodou dávají hydroxidy, a proto se jim říká zásadotvorné: `\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}`. Tak se hasí vápno.
- Oxidy nekovů (`\ce{CO2}`, `\ce{SO2}`, `\ce{SO3}`, `\ce{P2O5}`) jsou často plyny. S vodou většinou vytvářejí kyseliny, jsou kyselinotvorné: `\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}`. Proto oxidy síry a dusíku ze spalování způsobují kyselé deště.
- Amfoterní oxidy, například `\ce{Al2O3}` a `\ce{ZnO}`, reagují s kyselinami i s hydroxidy.
Hranice nevede úplně přesně mezi kovy a nekovy. Kovy s vysokým oxidačním číslem tvoří kyselinotvorné oxidy: z oxidu manganistého `\ce{Mn2O7}` vzniká s vodou kyselina manganistá, z oxidu chromového `\ce{CrO3}` kyselina chromová. Pojmenování hydroxidů a kyselin navazuje na oxidy a je popsané v článcích Názvosloví hydroxidů a Kyslíkaté kyseliny.
Některé oxidy znáte z běžného života, jen možná ne pod chemickým názvem:
| Vzorec | Název | Kde ho potkáte |
|---|---|---|
| `\ce{CO2}` | oxid uhličitý | vydechujeme ho, bublinky v sodovce, suchý led |
| `\ce{CO}` | oxid uhelnatý | jedovatý plyn z nedokonalého hoření |
| `\ce{SO2}` | oxid siřičitý | ze spalování uhlí, kyselé deště; konzervant ve víně |
| `\ce{N2O}` | oxid dusný | rajský plyn |
| `\ce{NO2}` | oxid dusičitý | hnědý jedovatý plyn ve výfukových plynech |
| `\ce{CaO}` | oxid vápenatý | pálené vápno |
| `\ce{SiO2}` | oxid křemičitý | křemen, písek, sklo |
| `\ce{Al2O3}` | oxid hlinitý | korund, rubín a safír |
| `\ce{Fe2O3}` | oxid železitý | hematit, červené barvivo, rez |
| `\ce{TiO2}` | oxid titaničitý | bílá barva, opalovací krémy |
| `\ce{ZnO}` | oxid zinečnatý | zinková mast |
| `\ce{MnO2}` | oxid manganičitý | burel v bateriích |
Časté chyby
- Nezkrácený vzorec. Oxid sírový křížem dá `\ce{S2O6}`, správně je `\ce{SO3}`. Krátí se jen sudá oxidační čísla, vzorce `\ce{X2O3}`, `\ce{X2O5}` a `\ce{X2O7}` zůstávají, jak jsou.
- -itý a -ičitý. Liší se o jednu slabiku a o jedno oxidační číslo: hlinitý je III (`\ce{Al2O3}`), křemičitý IV (`\ce{SiO2}`). Totéž platí pro -ný (I) a -natý (II).
- Počet kyslíků není oxidační číslo. `\ce{CO2}` není „oxid uhelnatý“ podle dvojky u kyslíku. Uhlík tu má IV, je to oxid uhličitý; oxid uhelnatý je `\ce{CO}`.
- Obrácené pořadí. Kyslík se v oxidech píše vždy vpravo: `\ce{MgO}`, ne OMg.
- Peroxid místo oxidu. Kdyby `\ce{Na2O2}` byl oxid, vyšlo by sodíku oxidační číslo II, které sodík mít nemůže. Je to peroxid sodný: dva kyslíky jsou spojené k sobě a každý má −I. Stejně tak `\ce{H2O2}` je peroxid vodíku, ne oxid. Peroxidy převádí kalkulačka názvosloví peroxidů.
- Oxidační číslo, které nevyjde celé. V `\ce{Fe3O4}` by železo mělo `8:3`. To je znamení, že látka obsahuje železo ve dvou oxidačních číslech: jeden atom má II a dva mají III (`2+2\cdot 3=8`). Jmenuje se oxid železnato-železitý a v přírodě je to magnetit.
- Molekulové vzorce. Skutečná molekula oxidu fosforečného je `\ce{P4O10}` a oxid dusičitý se rád spojuje do dvojic `\ce{N2O4}`. Oxidační čísla se tím nemění (V a IV) a název také ne. Ve škole se píše nejjednodušší vzorec `\ce{P2O5}` a `\ce{NO2}`, pokud zadání neříká jinak.
Příklady k procvičení
1. Napište vzorce: oxid draselný, oxid barnatý, oxid uhličitý, oxid fosforečný.
Draselný je I, křížem `\ce{K2O}`. Barnatý je II, křížem `\ce{Ba2O2}`, po zkrácení `\ce{BaO}`. Uhličitý je IV, křížem `\ce{C2O4}`, po zkrácení `\ce{CO2}`. Fosforečný je V, liché číslo, takže `\ce{P2O5}` se nekrátí.
`\ce{K2O}`, `\ce{BaO}`, `\ce{CO2}`, `\ce{P2O5}`
2. Pojmenujte oxidy `\ce{Li2O}`, `\ce{WO3}`, `\ce{Cl2O7}` a `\ce{N2O3}`.
`\ce{Li2O}`: `2\cdot 1:2=1`, oxid lithný.
`\ce{WO3}`: `2\cdot 3:1=6`, oxid wolframový.
`\ce{Cl2O7}`: `2\cdot 7:2=7`, oxid chloristý.
`\ce{N2O3}`: `2\cdot 3:2=3`, oxid dusitý.
3. Mangan tvoří mimo jiné oxidy `\ce{MnO}`, `\ce{Mn2O3}`, `\ce{MnO2}` a `\ce{Mn2O7}`. Pojmenujte je.
Oxidační čísla manganu jsou `2:1=2`, `6:2=3`, `4:1=4` a `14:2=7`.
oxid manganatý, oxid manganitý, oxid manganičitý, oxid manganistý. Oxid manganičitý je burel z baterií, oxid manganistý tmavá olejovitá kapalina, která s vodou dává kyselinu manganistou.
4. Napište vzorce dvojic, které se liší jedinou slabikou: oxid siřičitý a oxid sírový, oxid olovnatý a oxid olovičitý.
Siřičitý je IV, `\ce{SO2}`; sírový je VI, `\ce{SO3}`. Olovnatý je II, `\ce{PbO}`; olovičitý je IV, `\ce{PbO2}`.
Kontrola zkratkou: všechna čtyři čísla jsou sudá, takže vzorec je vždy `\mathrm{XO}_{n/2}`.
5. Spolužák pojmenoval `\ce{Na2O2}` jako oxid sodný a `\ce{Fe3O4}` jako oxid železitý. V čem se spletl?
V `\ce{Na2O2}` by při kyslíku −II vyšlo sodíku `2\cdot 2:2=2`. Sodík má ve sloučeninách vždy I, takže kyslík tu −II mít nemůže. Je to peroxid sodný, kyslík má −I. Oxid sodný je `\ce{Na2O}`.
V `\ce{Fe3O4}` by železo mělo `8:3`, což není celé číslo. Jeden atom železa má II a dva mají III, `2+2\cdot 3=8`. Je to oxid železnato-železitý (magnetit). Oxid železitý je `\ce{Fe2O3}`.
6. Hořčík hoří oslnivě bílým plamenem a zbude po něm bílý prášek. (a) Jak se ten prášek jmenuje a jaký má vzorec? (b) Napište vyčíslenou rovnici hoření. (c) Kolik gramů prášku vznikne z 2,4 g hořčíku?
(a) Hořčík má ve sloučeninách vždy II, vzniká oxid hořečnatý `\ce{MgO}`.
(b) Kyslík je ve vzduchu jako molekula `\ce{O2}`, takže na jednu molekulu kyslíku jsou potřeba dva atomy hořčíku: `\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}`.
(c) Z rovnice vznikne z každého molu hořčíku jeden mol oxidu. `M(\mathrm{Mg})=24{,}31\ \mathrm{g/mol}`, `M(\mathrm{MgO})=40{,}30\ \mathrm{g/mol}`.
`n=\dfrac{2{,}4}{24{,}31}\doteq 0{,}0987\ \mathrm{mol}`
`m=0{,}0987\cdot 40{,}30\doteq 3{,}98\ \mathrm{g}`
Vznikne asi 4,0 g oxidu hořečnatého. Kontrola: prášek je těžší než původní kov, protože přibral asi 1,6 g kyslíku ze vzduchu.
Kam dál
Náhodné oxidy oběma směry s okamžitou kontrolou jsou v procvičování názvosloví oxidů, samotné koncovky v procvičování koncovek oxidačních čísel. Výpočet si můžete ověřit v kalkulačkách oxid z názvu na vzorec a ze vzorce na název. Hydroxidy, kyseliny, soli, halogenidy a další skupiny jsou pohromadě v kalkulačkách chemického názvosloví.
Na oxidy navazují články Názvosloví hydroxidů, Názvosloví kyselin, Názvosloví solí a Dvojprvkové sloučeniny vodíku.