От наскального рисунка до компьютера. Оксиды и гидраты оксидов

Санкт-Петербург
2021

Андрей Большаков

ÎÒ ÍАСÊАËÜÍÎÃÎ 
ÐÈСÓÍÊА 
ÄÎ ÊÎÌПÜÞÒÅÐА

ÎÊСÈÄÛ È ÃÈÄÐАÒÛ ÎÊСÈÄÎÂ

УДК 543
ББК 24.4
Б79

Большаков А. П.
Б79 
 
От наскального рисунка до компьютера. Оксиды и гидраты 
оксидов  /  Андрей Большаков. — СПб: Страта, 2021. — 162 c., илл.

ISBN 978-5-907314-78-8

В пособии рассказывается об одном из классов неорганических 
соедине ний — оксидах, а также их гидратах, их нахождении 
в природе и роли в жизни человечества от доисторических времен до современности. Подробно рассма триваются области применения этих веществ: от кремневого ножа до ядерного  топлива, 
от водяной мельницы до компьютера, от красок для наскальной  
жи вописи до современных лекарственных препаратов.
Книга предназначена для учащихся средней школы, учителей 
и всех, кто интересуется химией и хотел бы повысить уровень 
своей эрудиции в этой области.

Все права защищены. Никакая часть настоящей книги не может быть воспроизведена или передана в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись 
на магнитный носитель, а также разме щена в интернете, если на то нет письменного 
разрешения владельцев.

All rights reserved. No parts of this publication can be reproduced, sold or transmitted 
by any means without permission of the publisher.

УДК 543 
ББК 24.4

© Большаков А. П., 2020, текст
© ООО «Страта», 2021

ISBN 978-5-907314-78-8

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ОКСИДЫ ...................................................................................... 5

Введение ............................................................................................................. 5

1.1. Оксиды в природе .................................................................................... 6

Оксиды в гидросфере ..................................................................................... 7

Оксиды в атмосфере ..................................................................................... 10

Оксиды в литосфере ..................................................................................... 18

Оксиды в биосфере ....................................................................................... 26

1.2. Оксиды в повседневной жизни человека ........................................ 32

1.3. Строительные материалы .................................................................... 37

1.4. Стекло ........................................................................................................46

1.5. Керамика ................................................................................................... 54

1.6. Оксиды в искусстве ...............................................................................58

1.7. Оксиды в ювелирном деле .................................................................... 65

1.8. Оксиды в технике ................................................................................... 69

1.9. Оксиды в военном деле .........................................................................82

1.10. Оксиды в пищевой промышленности ............................................ 91

1.11. Оксиды в медицине .............................................................................. 94

РАЗДЕЛ 2. ГИДРАТЫ ОКСИДОВ ........................................................... 103

Введение ......................................................................................................... 103

2.1. Гидраты оксидов в природе ............................................................... 104

2.2. Гидраты оксидов в повседневной жизни и технике ....................108

2.3. Гидраты оксидов в промышленности ............................................120

2.4. Гидраты оксидов в медицине ............................................................ 125

2.5. Заключение ............................................................................................ 130

РАЗДЕЛ 3. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ................................. 131

3.1. Вопросы для самопроверки ............................................................... 131

3.2. Ответы на вопросы для самопроверки .......................................... 137

Приложение 1. Применение оксидов ..................................................... 144

Приложение 2. Применение гидратов оксидов ................................... 154

Приложение 3. Словарь встречающихся в тексте терминов ........... 158

Список использованной литературы: .................................................... 160

РАЗДЕЛ 1. ОКСИДЫ

Введение

Трудно сказать, почему и отчего, но так получилось, что самым распространённым химическим элементом на Земле оказался кислород. На его долю приходится более половины всех 
атомов, имеющих отношение к нашей планете.
В виде свободного вещества, — молекулярного кислорода, — 
химического элемента кислорода гораздо меньше, чем в связанном виде, то есть в составе молекул других веществ. 
Только в земной коре атомы кислорода составляют примерно 
49,13% массы.
Уже из начального курса школьной химии известно, что элемент кислород входит в состав различных классов неорганических соединений: оксидов, гидроксидов, кислот и солей. По мере 
продвижения в глубины химии, выясняется, что кислород является неотъемлемой частью и других, более сложных веществ. 
Если когда-либо будут обобщены научные данные о кислороде нашей планеты, то, несомненно, это будет многотомный труд, 
написанный учёными практически всех специальностей. Мы попробуем поговорить только об оксидах, их месте и роли на Земле 
и в жизни человека. Даже и не поговорить, а только немного затронуть эту тему...
Начнём с общеизвестного: оксиды — это неорганические вещества, содержащие в своём составе только два химических элемента, 
одним из которых является кислород со степенью окисления -2.
Хотя мы впервые в своей жизни встречаемся с термином «оксиды» только во второй половине долгого школьного пути, это 
не означает, что именно учитель химии впервые показал нам образцы этих веществ. Учитель просто привлёк наше внимание к 
веществам, которые мы давно и хорошо знаем, которыми окружены с момента рождения.
Почти каждый из нескольких десятков химических элементов, присутствующих на Земле, образует одно или несколько соединений с кислородом, — оксидов. Если учесть, что на данный 

5

момент человечеству известны десятки миллионов различных 
веществ, то оксидов среди них, конечно, бесконечно мало. 
Но значение оксидов очень велико и в природе, и в жизни 
людей. Потому, что они повсюду, — в нас самих и вокруг нас, в 
уличной грязи и в компьютере, в прописанном врачом лекарстве 
и в бутылочке от него, в красках на картине и в стекле, покрывающем эту картину, в бумаге школьных учебников и тетрадей, в 
губной помаде мамы и в автомобиле папы, в детской песочнице и 
космическом корабле, летящем где-то высоко над нами. 
Оксиды действительно видимо и невидимо присутствуют 
повсюду.
Но элементы могут образовывать с кислородом также пероксиды, — химические соединения, содержащие анионы О2
2-. Это, например, пероксиды водорода, натрия, бария, — H2O2 , Na2O2 , BaO2 .
Кроме того, существуют также супероксиды (или гипероксиды), содержащие анионы О2
1- , как например, NaO2 или KO2 . 
О них тоже будет немного к слову сказано, потому, что они хоть 
и «пер-», и «супер-», и «гипер-», но ведь всё равно же — «оксиды».

1.1. Оксиды в природе

Как мы скоро убедимся, на нашей планете присутствует множество разнообразных оксидов. Поскольку известна почти сотня химических элементов, и почти каждый из них образует, по 
крайней мере, один оксид, то общее количество оксидов перевалило за полторы сотни.
Главным оксидом на Земле, при этом, конечно же, является 
оксид водорода — вода.
Общие запасы воды в поверхностном слое планеты составляют примерно полтора миллиарда кубических километров. 
Вода на Земле распространена в нескольких географических 
оболочках неравномерно. Подавляющая часть воды находится в 
гидросфере. В литосфере её гораздо меньше. Ещё меньше — в атмосфере, и совсем немного в живых организмах, — в биосфере.
Считается, что вода образовалась в мантии Земли около трёх 
миллиардов лет назад. Она находится в постоянном круговороте, 
переходя из одной географической оболочки в другую, но общее 
её количество с тех пор остаётся неизменным.

6

Хотя, некоторые учёные всё-таки полагают, что часть нынешней земной воды имеет «космическое» происхождение. Объясняют они это так: если протон, подлетающий к Земле из космоса, 
захватит электрон, то при этом образуется атом водорода. А уж 
затем два новых атома водорода могут соединиться с одним атомом кислорода, образуя молекулу воды.
Кроме оксида водорода, — воды, — на нашей планете присутствует и много других оксидов.
Но, обо всём по порядку.

Оксиды в гидросфере

Начнём, пожалуй, с гидросферы. 
Гидросфера — это водная оболочка Земли. И, как и следует 
из названия(греч. «hydor» — вода, влага), она почти полностью 
образована водой, то есть оксидом водорода. 
Как известно, нашу планету правильнее было назвать именно Водой, а не Землёй. Это было бы трудно представить, если бы 
в нашем распоряжении не оказались фотографии, на которых 
наша планета видна из космоса. Впрочем, увидеть Землю из космоса без облаков практически невозможно, а вот простая карта 
из школьного атласа даёт нам такую возможность (рис. 1). 

Рис.1 Карта из школьного атласа (фото из открытых источников)

7

Ясно видно, что водные просторы не просто окружают участки суши, а именно суша «помещена» в воду. 
Общая площадь суши на Земле меньше площади только 
одного лишь Тихого океана примерно на 31 миллион квадратных километров, что почти равно территории двух Российских 
Федераций. 
Говоря точнее, — 70,8% площади Земли покрыто водой. А 
знаете, сколько это в абсолютном значении? 361,3 миллиона квадратных километров! 
Цифра, конечно, впечатляет, но представить её как-то 
трудновато. 
Ладно, тогда представим по-другому: это площадь прямоугольника, у которого одна сторона равна расстоянию по прямой 
между Москвой и Новороссийском, а вторая сторона равна расстоянию между Землёй и Луной.
А ведь это, — простите за каламбур, — поверхностный в прямом и переносном смысле взгляд на поверхностные воды планеты. Ведь океаны, моря, реки и озёра только на фотографии или на 
карте — двухмерные, плоские. А в действительности-то они объёмные. И средняя глубина Мирового океана — 3800 метров. Это 
семь Останкинских или почти тринадцать Эйфелевых башен, поставленных одна на другую. 
В Мировом океане содержится около 95% всей воды планеты. 
В Тихом океане сосредоточено 710 миллионов кубических 
километров воды. В Атлантическом — почти 330 и в Индийском 
— примерно 283. Да ещё и в Северном Ледовитом — 18 млн. км3 .
В общем, когда подсчитали, то получилось, что объём воды в 
морях и океанах составляет примерно 1 миллиард 340 миллионов 
кубических километров.
Опять же, цифра впечатляет, но представить этот объём 
сложно. 
Тогда, — попроще: такой объём воды вместило бы Чудско-Псковское озеро, если бы его глубина равнялась опять же 
расстоянию до Луны.
Опять не очень понятно: ведь и это озеро, расположенное на 
северо-западе России, тоже не все из нас видели!

8

Ну, тогда ещё проще: это как будто обычное круглое озеро радиусом около двух километров (таких озёр множество в нашей 
стране), но глубиной, равной расстоянию от Земли даже не до 
Луны, а до самого Солнца! Озеро глубиной около 150 миллионов 
километров! Теперь представили?
Но гидросфера — это не только солёные моря и океаны. Это 
и пресные реки, и озёра, и водохранилища, и болота, и пруды, и, 
наверное, даже лужи...
Ну, лужи-то только мальчишки меряют после летнего дождя, 
а реки и озёра уже измерили взрослые учёные. 
И получилось у них, что во всех озёрах и водохранилищах 
Земли сосредоточено около 800 тысяч кубических километров 
пресной воды. 
Наша страна имеет выход к крупнейшему озеру планеты — 
Каспийскому морю и, кроме того, полностью владеет крупнейшим на Земле резервуаром пресной воды — озером Байкал, в 
котором содержится около 20% всех запасов озёрной пресной 
воды. Кстати, и наше Ладожское озеро — самое большое в Европе.
Есть у нас и реки-рекордсмены — Волга, Енисей, Обь, Лена, Амур.
В других частях Земного шара тоже имеются свои реки-гиганты.
Но при этом в руслах всех рек планеты содержится совсем 
чуть-чуть воды: «всего» каких-то 2000 кубических километров. 
По объёму это всё равно, что примерно два Ладожских озера.
Все реки, также как и озёра, только кажутся похожими 
друг на друга. Но на самом деле они все разные. У каждой свои 
особенности.
Например, самая холодная река планеты — Индигирка, впадающая в Северный Ледовитый океан. Она интересна тем, что 
промерзает до самого дна и в таком состоянии находится с октября по май.
А африканская тёплая река Конго, дважды пересекающая экватор, всегда многоводна. В месте, где она впадает в Атлантический океан, её ширина достигает 11 километров, а глубина — 230 
метров. Это самая глубокая река планеты.
Есть реки длиной в тысячи километров, такие, как Амазонка 
или Нил, а есть совсем небольшие. 

9

Самой короткой рекой на Земле считается абхазская река Репруа, длина которой в разные сезоны колеблется между 16 и 40 
метрами…
Текут реки годами, веками и тысячелетиями и, кажется, нисколько не меняются. 
Но на самом деле, действительно, нельзя, как справедливо замечали древние философы, дважды войти в одну и ту же реку. 
Через секунду она уже другая. 
А вообще-то вода во всех реках нашей планеты полностью заменяется в течение 11 дней. Полторы недели — и от рек остаются 
только названия. А содержание уже совсем другое. 
Наши сибирская река Енисей, например, когда не покрыта 
льдом, ежесекундно выносит в океан почти 20 тысяч кубических 
метров воды. Река Лена — чуть меньше — примерно 17 тысяч. 
Наша Волга каждую секунду пополняет Каспийское море примерно 8 тысячами кубических метров воды.
Самая полноводная река нашей планеты, никогда не замерзающая Амазонка, за одну секунду сбрасывает в солёный океан 220 
тысяч кубических метров пресной воды…
Большая часть воды рек стекает в моря, а меньшая — попросту испаряется. И испаряясь, покидает гидросферу и переносится в другую сферу, воздушную оболочку Земли — атмосферу.
Поскольку в океанах и морях, реках и озёрах живут живые 
организмы, то в воде присутствует ещё один оксид — углекислый газ — оксид углерода (IV), — CO2 , — который они выдыхают. Подводные вулканы в Мировом океане также выделяют его. 
В итоге, содержание углекислого газа в природной воде равно 
примерно 1-2%.
Так что, можно считать, что в гидросфере содержатся всего 
два оксида, — вода и углекислый газ — Н2О и СО2.

Оксиды в атмосфере

Атмосфера — это воздушная, газообразная оболочка Земли 
(греч. «ἀτμός» — пар).
В ней оксидов уже гораздо больше, чем в гидросфере.

10

И всё-таки и здесь вода — главная.
В атмосфере оксид водорода, — вода, — живёт совсем другой 
жизнью. 
Во-первых, воды в атмосфере относительно немного. Атмосферная вода составляет всего 0,001% всей воды планеты. 
Во-вторых, она существует там в трёх агрегатных состояниях: в виде жидкой воды, водяного пара и твёрдого льда. 
В основном вся вода концентрируется в нижней части атмосферы — тропосфере, — на высотах до 15 километров. 
Концентрация же водяного пара в воздухе на высоте до 1 километра составляет в среднем 2%. 
Как говорит польская пословица: «Из маленького облака бывает большой дождь». Облака бывают разные, но, как правило, 
в кубическом метре облаков сосредоточено от 0,1 до 10 граммов 
воды. Казалось бы, совсем немного. Но, учитывая подчас огромные размеры облаков, которые легко оценить, глядя из окна летящего самолёта, можно утверждать, что в облаке содержатся сотни 
тонн воды, готовой при всяком благоприятном случае пролиться 
на землю. 
В более высоких слоях атмосферы, где температуры отрицательные, оксид водорода присутствует в виде льда. 
Общий же объём воды в атмосфере Земли оценивается примерно в 15 тысяч кубических километров. 
Но опять же, это не одна и та же вода, а всё время разная. Вода 
в атмосфере полностью заменяется за 9-10 дней. 
В процессе круговорота воды из атмосферы ежегодно на Землю выпадает примерно 500 тысяч кубических километров осадков. Столько же воды испаряется с поверхности планеты. 
Трудно сказать, почему и отчего, а только не случайным образом располагается вода в атмосфере. 
Когда самолёт, взлетая, набирает высоту, он проходит через 
несколько слоёв облаков, разных по форме, цвету, прозрачности... Между слоями облаков — чистое пространство. Это очень 
напоминает устройство оконной рамы, в которой несколько холодных самих по себе стёкол с прослойками воздуха между ними 
надёжно изолируют тепло квартиры от наружного холода. 

11

Вот и получается, что оксид водорода, располагаясь определённым способом в атмосфере, предотвращает уход земного тепла в чёрный холодный Космос. 
Все мы знаем, что ясная погода зимой ведёт к холоду, а облачная — к потеплению. Многочисленные, многослойные облака осенью — это последняя попытка природы удержать у 
поверхности накопленное летом земное тепло. Облака — это 
«одеяло» для Земли. 
В конце концов, это не удаётся, и с января устанавливается 
ясная и безоблачная, а потому и холодная погода. Рождественские и Крещенские морозы. 
Когда же повернётся полушарие к Солнцу и начнёт потихоньку прогреваться, тогда и появляются опять облака, чтобы дать 
возможность замёрзшей земле прогреться под многослойным 
облачным одеялом. Наступает облачная весна. Прогреется природа к лету, и всё — долой облака: и так жарко.
А какие ещё оксиды присутствуют в атмосфере? Кроме оксида водорода в чистом воздухе также присутствуют оксиды 
углерода и азота, а в загрязнённом воздухе городов ещё и оксиды серы.
Оксид углерода (IV) или углекислый газ (СО2) занимает четвёртое место по объёму среди газов, входящих в состав воздуха, 
после азота, кислорода и аргона. В чистом воздухе на его долю 
приходится 0,038% объёма.
Вместе с водяным паром углекислый газ обеспечивает так 
называемый «парниковый эффект». Они беспрепятственно пропускают солнечные лучи к Земле, но задерживают исходящие от 
планеты инфракрасные лучи, не давая теплу улетучиться. Понятно поэтому, что там, где в воздухе больше углекислого газа, 
там теплее. В большом городе зимой — слякоть, а за городом — 
нетающий снег. 
Многие века содержание углекислого газа в атмосфере было 
постоянным, поддерживаясь за счёт вулканической деятельности и жизнедеятельности живых организмов. Дышат, как известно и растения, и животные, и микроорганизмы. 

12