КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

В настоящее время известно более 500 тысяч неорганических соединений, знать их формулы, названия, а тем более свойства практически невозможно. Для того чтобы легче ориентироваться в огромном многообразии химических веществ, все вещества разделены на отдельные классы, включающие соединения, сходные по строению и свойствам.

По составу вещества подразделяются на простые и сложные. Простые вещества – это вещества, образованные атомами одного химического элемента. Водород, кислород, аргон, бром, магний, азот, золото, алмаз – все это простые вещества. Наименьшие частицы простого вещества могут проедставлять собой один атом (молекулы инертных газов, например неона Ne, гелия Не, одноатомные), содержать два атома (двухатомные молекулы водорода H₂, кислорода О₂) и больше двух атомов (озон О₃, фосфор Р₄).

Простые вещества подразделяются на металлы и неметаллы.

Помимо типичных металлов и неметаллов есть большая группа веществ, обладающая промежуточными свойствами, их называют металлоидами.

Сложными называют такие вещества, которые состоят из атомов разных химических элементов. Например, оксид кальция CaO, хлорид натрия NaCl, серная кислота H₂SO₄.

Сложные вещества подразделяются на четыре класса химических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли. Эта классификация разработана выдающимися химиками XVIII–XIX веков Антуаном Лораном Лавуазье, Михаилом Васильевичем Ломоносовым, Йёнсом Якобом Берцелиусом, Джоном Дальтоном.

Оксиды

Оксиды - это соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Состав оксидов выражается общей формулой: ЭхОу, где x – число атомов элемента, у – число атомов кислорода.

Числовые значения х и у определяется степенью окисления элементов. Примеры формул оксидов: MgO, Na₂O, P₂O₅.

В названиях оксидов вначале указывают слово оксид в именительномпадеже (от латинского названия кислорода «оксигениум»), а затем – название элемента в родительном падеже:

MgO - оксид магния, Al₂O₃ – оксид алюминия.

Если элемент образует несколько оксидов, то после названия элемента в скобках римской цифрой указывается численное значение его степени окисления: FeO – оксид железа (II) (читается: «оксид железа два»)

Оксиды делятся на две группы: солеобразующие и несолеобразующие, а каждую из групп, в свою очередь, подразделяют на несколько подгрупп. Несолеобразующие оксиды - это оксиды, которые не взаимодействуют ни с кислотами, ни со щелочами и не образуют солей. Солеобразующие оксиды - это оксиды, которые взаимодействуют с кислотами или щелочами с образованием солей и воды. Солеобразующие оксиды делятся на основные, кислотные, амфотерные.

По агрегатному состоянию оксиды делятся на твердые (CaO, MgO, SiO₂, P₂O₅), жидкие (SO₃, H₂O, Cl₂O₇) и газообразные (CO₂, N₂O, NO, SO₂).

По растворимости в воде оксиды делятся на растворимые (основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, практически все кислотные оксиды (кроме SiO₂)) и нерастворимые (все остальные основные оксиды, амфотерные оксиды, SiO₂).

Основные оксиды образуют только металлы и, как правило, в степени окисления +1 и +2 (исключение: BeO, ZnO, SnO, PbO).

Основные оксиды взаимодействуют:

1) с кислотами по схеме: Основный оксид + Кислота = Соль + Вода

MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O

2) с кислотными оксидами по схеме: Основный оксид + Кислотный оксид = Соль

3K₂O + P₂O₅ = 2K₃PO₄

3) c водой взаимодействуют только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов по следующей схеме: Основный оксид + Вода= Щелочь

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Кислотные оксиды – это оксиды, которым в качестве гидроксидов, соответствуют кислоты.

Кислотные оксиды образуют все неметаллы независимо от степени окисления (исключение – несолеобразующие оксиды) и металлы в степни окисления + 5 и выше.

Кислотные оксиды взаимодействуют:

1) с основаниями, образуя соль и воду: Кислотный оксид + Основание = Соль + Вода

N₂O₅ + 2NaOH = 2NaNO₃ + H₂O

2) с основными оксидами, образуя соль: Кислотный оксид + Основный оксид = Соль

CO₂ + MgO = MgCO₃

3) водой кислотные оксиды взаимодействуют с образованием кислот (исключение SiO₂): Кислотный оксид + Вода = Кислота

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄

Оксиды могут быть получены различными способами.

1) Взаимодействие простых веществ – металлов и неметаллов – с кислородом:

2Cu + O₂ = 2CuO 4P + 5O₂ = 2P₂O₅

2) Горением на воздухе сложных веществ (при этом, как правило, образуются оксиды тех элементов, из которых состоит это сложное вещество).

СН₄ +2О₂= СО₂ + 2Н₂О

3) Разложением сложных веществ, например:

- нерастворимых оснований: Сu(OH)₂ → CuO + H₂O;

- некоторых кислот: H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O;

- некоторых солей: CaCO₃ → CO₂ + CaO

4) При восстановлении кислот-окислителей металлами и неметаллами:

Сu + 2H₂SO_{4 (конц)} = СuSO₄ + SO₂ ­ + 2H₂O

10HNO_{3 (конц)} + 4Са = 4Ca(NO₃)₂ + N₂O ­ + 5H₂O

2HNO_{3 (разб)} + S = H₂SO₄ + 2NO ­

Основания

Основания – сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металлов и гидроксогрупп, способных замещаться на металл Ме(ОН)_n, n- число гидроксо-групп. По современной номенклатуре их принято называть гидроксидами элементов с указанием степени окисления: NaOH – гидроксид натрия, КОН – гидроксид калия, Сu(OH)₂ – гидроксид меди (II).

Гидроксиды металлов принято делить на две группы: растворимые в воде (образованные щелочными и щелочноземельными металлами) и нерастворимые в воде. Растворимые основания (щелочи) измненяют окраску индикаиорап лакмус-синий, нерастворимые основания не изменяют оераску индикатора. Например, растворимые в воде сильные основания(щелочи) – LiOH - гидроксид лития, нерастворимые в воде слабые основания, например, Fe(OH)₂- гидроксид железа (II).Также, основания классифицируют по кислотности: однокислотные, например, NaOH, двухкислотные, например, Са(ОН)₂, трехкислотные, например, Fe(OH)₃.По степени электролитической диссоциации (a) основания делятся на сильные (NaOH, KOH), слабые (NH₄OH, Cu(OH)₂).

Все основания (гидроксиды металлов) – твердые вещества. Гидроксиды s-металлов бесцветны, гидроксиды многих d-металлов окрашены.

Общим методом получения оснований является реакция обмена, с помощью которой могут быть получены как растворимые, так и нерастворимые основания.

CuSO₄ + 2KOH = Cu(OH)₂↓ + K₂SO₄

K₂CO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2KOH

Щелочи в технике обычно получают электролизом водных растворов хлоридов:

2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + H₂ ↓+ Сl₂

Щелочи могут быть также получены взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂­

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Общим химическим свойством растворимых и нерастворимых гидроксидов является их способность взаимодействовать с водой – вступать в реакцию нейтрализации.

NaOH + HNO₃= NaNO₃ + H₂O

Mg(OH)₂ + 2HCl = MgCl₂ + 2H₂O

Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами.

2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O

Щелочи способны взаимодействовать с некоторыми неметаллами (галогенами, белым фосфором, кремнием):

2NaOH + Cl₂ = NaCl + NaOCl + H₂O (на холоде)

6KOH + 3Cl₂ = KClO₃ + KCl + 3H₂O (при нагревании)

3KOH + 4P + 3H₂O = PH₃­ + 3KH₂PO₂

2NaOH + Si + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂­

В отличие от щелочей, нерастворимые основания подвергаются термической дегидратации, например:

t

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O

Гидроксиды некоторых металлов разлагаются при обычной температуре, т.е. являются неустойчивыми, например:

2СuOH = Cu₂O + H₂O

Гидроксиды, в которых d-металлы имеют низкие степени окисления, способны окисляться кислородом воздуха, например:

Mn(OH)₂ +O₂ + 2H₂O = 2Mn(OH)₄

Гидроксиды d-металлов вступают в реакции комплексоообразования:

Сu(OH)₂ + 4NH₃→ Na₂[Cu(NH₃)₄]

Щелочи в отличие от нерастворимых оснований взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами:

2NaOH + Al₂O₃ + 3H₂O = 2K[Al(OH)₄]

2KOH + Zn(OH)₂ = K₂[Zn(OH)₄]

Растворы щелочей вступают в обменные реакции с солями, если в результате химической реакции образуется слабое основание или нерастворимая соль.

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = 2H₂O + BaSO₄↓

2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

NaOH + NH₄Cl = NaCl + NH₃­ + H₂O

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, образующими амфотерные оксиды и гидроксиды.

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂­

Для щелочей характерны качественные реакции, т.е. реакции с помощью которых распознают вещества. Для щелочей это реакции с индикаторами (от лат слова «указатели). Если к раствору щелочи добавить 1-2 капли раствора индикатора, то он изменит свою окраску (табл. 1.2.1.).

Таблица 1.2.1. Изменение окраски индикаторов в различных средах

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: