Oxid

Názvoslovie

Všeobecný vzorec oxidu je XₘOₙ, kde X je prvok a m,n sú koeficienty (prirodzené čísla), vyjadrujúce počty atómov vo vzorci (pokiaľ sú rovné jednej, neuvádzajú sa). Elektronegatívnejší prvok, teda anión je kyslík, jeho oxidačné číslo je vždy -II. Katión je prvok označený ako X. Pri tvorení názvu, ktorý je dvojslovný, sa uvádza anión (oxid) ako podstatné meno a katión ako prídavné meno, zložené z koreňa (mena prvku) a koncovky vyjadrujúcej oxidačné číslo príslušného prvku (postupne I -ný; II -natý; III -itý; IV -ičitý; V -ičný/-ečný; VI -ový; VII -istý; VIII -ičelý). Príklad: Mnⱽᴵᴵ₂O₇ - oxid manganistý.
Ak oxid obsahuje dva, alebo viac katiónov, tieto sa zoradia podľa abecedy (napr. FeᴵᴵTiᴵⱽO₃ - oxid titaničito-železnatý). V prípade vody sa používa triviálny názov, nie systematický (oxidán).

Vlastnosti

Oxidy, vzhľadom na vysokú početnosť zlúčenín, vykazujú širokú variabilitu fyzikálnych aj chemických vlastností. Oxid uhoľnatý je napríklad ťažko skvapaľniteľný plyn (teplota varu -191,5 °C), naproti tomu oxid zirkoničitý je ťažko taviteľná tuhá látka (bod topenia až 3265 °C). Vodivosť je tiež rôzna, od izolátorov typu oxid horečnatý, cez polovodiče (prevažne oxidy prechodných prvkov), až po dobré vodiče (napr. oxid réniový).

Nestechiometrické oxidy

Oxidy prechodných prvkov často vykazujú nestechiometrické pomery oproti ideálnemu stavu. Pomery vyplývajú z termodynamickej rovnováhy, kde zloženie tuhej fázy (kryštálu oxidu) závisí od koncentrácie plynnej fázy (kyslíka) nad povrchom kryštálu. Ak plynná a tuhá fáza existujú za určitej teploty a tlaku v rovnovážnom stave (ΔG = 0), zmena tlaku vedie k zmenám v zložení tuhej fázy. Zvýšenie tlaku kyslíka spôsobí jeho „vtekanie“ do kryštálovej štruktúry, čo je kompenzované oxidáciou adekvátneho počtu atómov kovu. Naopak, zníženie tlaku vedie k „úniku“ kyslíka do plynnej fázy a zníženiu oxidačného čísla ekvivalentného množstva atómov príslušného prvku. Zmena obsahu kyslíka spôsobuje defekty v kryštálovej štruktúre, či už vakancie (aniónové, resp. katiónové), alebo presun nadbytočných katiónov/aniónov do medzimriežkových pozícií. Defekty nestechiometrických oxidov majú význam pri heterogénnej katalýze, polovodičoch, atď.

Viacprvkové oxidy

Okrem binárnych oxidov, teda zlúčenín kyslíka s iným prvkom, existujú aj viacprvkové oxidy, ktoré okrem aniónu O²⁻ obsahujú katióny dvoch, alebo viacerých prvkov. Najznámejšie sú tzv. podvojné oxidy, ktoré sa vyskytujú aj v prírode ako minerály perovskit (CaTiO₃), ilmenit (FeTiO₃), spinel (MgAl₂O₄), magnetit (Fe₃O₄). Z viacprvkových zlúčenín sú významné ternárne oxidy medi, napr. (YBa₂Cu₃O₇₋ₓ), prvý vysokoteplotný supravodič.

Výskyt a použitie

Viaceré oxidy sa bežne vyskytujú v prírode, z plynných je to oxid uhličitý ako súčasť atmosféry, oxid siričitý ako prekurzor kyslých dažďov, oxidy dusíka (NO, NO₂).
Oxid kremičitý je bežná súčasť litosféry (či už ako samostatný minerál kremeň, alebo ako základná stavebná jednotka viacerých hornín). Rovnako aj oxid hlinitý, opäť ako samostatný, aj keď oveľa zriedkavejšie sa vyskytujúci minerál korund (a jeho drahokamové odrody rubín a zafír), ale hlavne ako zložka hornín (vo forme hlinitokremičitanov).
Viaceré oxidy, vyskytujúce sa v prírode, sa ťažia a spracúvajú ako zdroj kovu. Napr. železo sa získava z rúd, ktoré sú tvorené oxidmi, resp. hydroxidmi železa (existujú však aj železné rudy, kde surovinou nie je oxid železa). Rovnako hliník sa získava z bauxitu, čo je zmes hlinitokremičitanov, hydratovaného oxidu/hydroxidu hlinitého a hydratovaných oxidov/hydroxidov železa.
V stavebnom priemysle má veľký význam oxid vápenatý, ktorý sa získava tepelným rozkladom uhličitanu vápenatého - vápencov a je zložkou betónu, oxid horečnatý (žiaruvzdorné materiály), oxid kremičitý (piesok).
Oxid kremičitý je taktiež zdrojom kremíka, slúžiaceho na výrobu polovodičov. Oxid titaničitý sa využíva ako biely pigment, prípadne ako plnivo pri výrobe papiera. Niektoré oxidy majú využitia ako katalyzátory, slúžia taktiež v rôznych senzoroch a detektoroch. Neposlednou v rade využitia oxidov je výroba keramiky so špecifickými vlastnosťami.