Ossidi degli elementi del 4°gruppo: comportamento acido-base

Gli ossidi degli elementi del gruppo sono acidi  ma l’acidità diminuisce scendendo dall’alto verso il basso e in particolare gli ossidi degli elementi che si trovano in basso hanno carattere anfotero ovvero possono presentare sia caratteristiche di acido che di base.

Gli elementi del gruppo 4A o Gruppo 14 sono: carbonio, silicio, germanio, stagno e piombo. Gli ossidi di tali elementi presentano notevoli differenze; ad esempio il biossido di carbonio è un gas mentre gli ossidi degli altri elementi sono solidi.

Ossidi

Gli ossidi degli elementi del 4° gruppo sono acidi ma l’acidità diminuisce scendendo dall’alto verso il basso e in particolare gli ossidi degli elementi che si trovano in basso hanno carattere anfotero ovvero possono presentare sia caratteristiche di acido che di base.

Il monossido di carbonio è considerato un ossido neutro, ma in realtà esso è un ossido molto poco acido: pur non reagendo con l’acqua, può reagire con soluzioni concentrate di NaOH a caldo per dare sodio metanoato:

CO + NaOH → HCOONa

 Il biossido di carbonio reagisce con l’acqua dando ioni H⁺ e ioni idrogeno carbonato secondo la reazione:

CO_2(aq) + H₂O_(l) ⇄ H⁺_(aq) + HCO₃^–_(aq)

Il biossido di carbonio reagisce con soluzioni di idrossido di sodio per dare sia il carbonato di sodio che il carbonato acido di sodio a seconda del rapporto stechiometrico usato:

CO₂ + 2 NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

CO₂ + NaOH → NaHCO₃

Il biossido di silicio non reagisce con l’acqua a causa del fatto che esso forma grandi strutture cristalline e pertanto la rottura di tale struttura non può avvenire ad opera dell’acqua. A caldo il diossido di silicio reagisce con soluzioni di idrossido di sodio per dare i silicati:

SiO₂ + 2 NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

Un’altra reazione in cui il biossido di silicio mostra il suo comportamento acido è quella con l’ossido basico CaO:

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

Ossidi anfoteri

Gli ossidi di germanio, stagno e piombo hanno comportamento anfotero.

Indicando genericamente con XO gli ossidi di germanio GeO, di stagno SnO e di piombo PbO essi mostrano comportamento acido quando reagiscono con gli acidi per dare sali. Ad esempio essi reagiscono con HCl concentrato per dare i rispettivi cloruri secondo la reazione:

XO_(s) + 2 HCl_(aq) → XCl_2(aq) + H₂O_(l)

Tuttavia il cloruro di piombo è un sale poco solubile. Un largo eccesso di ioni cloruro presenti nella soluzione di HCl concentrato reagisce con PbCl₂ per dare complessi solubili come PbCl₄^2–:

PbCl_2(s) + 2 Cl^–_(aq)→  PbCl₄^2-_(aq)

Tali ossidi, tuttavia, hanno anche carattere acido e reagiscono con le basi come NaOH e, questa volta senza eccezioni, si può scrivere;

XO_(s) + 2 OH^–_(aq) → XO2^2- _(aq) + H₂O_(l)

Ad esempio PbO reagisce in ambiente basico per dare ioni piombato PbO₂^2-

I diossidi di tali elementi hanno anch’essi un comportamento anfotero. Essi infatti reagiscono con acido cloridrico concentrato per dare i corrispondenti tetracloruri:

XO₂ + 4 HCl → XCl₄ + 2 H₂O

Questi ultimi reagiscono con un eccesso di ioni cloruro in HCl per dare complessi del tipo XCl₆^2-:
XCl₄ + 2 Cl^– → XCl₆^2-

Nel caso dell’ossido di piombo (IV) PbO₂ la reazione va condotta a freddo in quanto il cloruro di piombo (IV) tende a decomporsi per dare cloruro di piombo (II) e cloro gassoso:

PbCl₄ → PbCl₂ + Cl₂

in quanto lo stato di ossidazione termodinamicamente più stabile per il piombo è +2 rispetto a +4. I diossidi di tali elementi hanno comportamento acido reagendo in presenza di soluzioni di NaOH concentrate e a caldo per dare complessi solubili aventi formula [X(OH)₆]^2-:

XO_2(s) + 2 OH^–_(aq) + 2 H₂O_(l) → [X(OH)₆]^2-_(aq)

L’ossido di piombo (IV) in presenza di NaOH fuso per dare Na₂PbO₃:

PbO_2(s) + 2 NaOH_(l) → Na₂PbO_3(s) + H₂O_(l)