Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Классификация неорганических соединений

Простейшая классификация неорганических соединений включает следующие основные классы:

1. Простые вещества.

2. Оксиды.

3. Гидроксиды.

4. Соли.

Далее в пособии рассматриваются правила написания химических формул перечисленных классов неорганических соединений, их названия по Международной номенклатуре и важнейшие свойства.

Простые вещества

Простые вещества существуют в виде атомов и молекул состоящих из одинаковых атомов.

Все известные атомы химических элементов систематизированы в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева, где для каждого элемента приведены следующие данные:

· Русское название элемента (может быть указано латинское название). Элементы принято обозначать химическими знаками (символами). Символ элемента состоит из первой буквы или первой и одной из следующих букв латинского названия элемента; первая буква всегда прописная, вторая - строчная. Например, латинское название водорода Hydrogenium, обозначение-«Н»; кислорлд-Oxygenium «О», алюминия—Aluminium-«Al»; железа-Ferrum-«Fe», цинка-Zinkum-«Zn» и т.д.

· Порядковый номер элемента равный заряду ядра атома элемента, который указывает, также, число электронов в атоме.

· Атомную массу.

· Могут быть приведены дополнительные данные: строение валентного электронного слоя, перечень стабильных изотопов и другие данные.

Информация о химическом элементе содержащаяся в ячейке Периодической системы элементов

Латинское название элемента

Рисунок 1

Ряд элементов, чаще всего газы при нормальных условиях, образуют молекулы из одинаковых атомов: азот – N₂, кислород - O₂, водород - H₂ – это тоже простые вещества

Оксиды

Оксидами называются соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.

Такие соединения, получаемые прямым или косвенным путем, образуют металлы и неметаллы.

Все оксиды делятся на несолеобразующие и солеобразующие, а последние по своим свойствам подразделяются на три группы:

· Основные оксиды

· Кислотные оксиды

· Амфотерные оксиды

Основные оксиды – это оксиды, которые при прямом или косвенном взаимодействии с водой, образуют основания. Образование основных оксидов характерно, также, для элементов главных подгрупп первой и второй групп Периодической системы элементов. Образование основных оксидов характерно для элементов в низших степенях окисления, расположенных в побочных подгруппах (металлы) всех групп Периодической системы элементов.

Кислотные оксиды – это оксиды, которые при прямом или косвенном взаимодействии с водой, образуют кислоты. Образование кислотных оксидов характерно, также, для элементов расположенных в главных подгруппах с четвертой по седьмую групп Периодической системы элементов (неметаллы). Образование кислотных оксидов характерно для элементов в высших степенях окисления, расположенных в побочных подгруппах (металлы) всех групп Периодической системы элементов.

Оксиды неметаллов, которые не образуют кислот, а следовательно и солей, называются несолеобразующими оксидами. Примерами несолеобразующих оксидов являются: СО оксид углерода (II), N₂O оксид азота (I), NO оксид азота (II) и др.

Амфотерные оксиды – это оксиды, которые при прямом или косвенном взаимодействии с водой, образуют основания, способные взаимодействовать и с кислотами и с основаниями. Сами амфотерные оксиды образуют соли как при взаимодействии с кислотными оксидами, так и с оксидами, обладающими основными свойствами.

Схема химической классификации оксидов

Если любой химический элемент Периодической системы элементов обозначить как «Э», то общая формула оксидов будет иметь вид Э_mO_n, где m и n указывают число атомов каждого вида составляющих химическую формулу оксида.

При составлении химических формул соединений следует помнить, что в молекулах, а следовательно и в их формулах, не может быть свободных валентностей.

Пример. В соответствии с определением оксидов, атом кислорода имеет степень окисления –2, т.е. кислород в оксидах проявляет валентность равную 2. Он образует 2 химические связи с любым элементом, находящимся в положительной степени окисления. Если элемент имеет степень окисления +1, что принято обозначать как Э⁺¹, то его валентность равна 1. Графически валентность обозначают чертой отходящей от элемента «Э-». Атом кислорода имеет валентность равную двум, что графически изображается в виде «-О-». Если предположить, что один атом одновалентного элемента соединяется с одним атомом кислорода, то образовавшееся соединение имело бы вид «Э-О-». Такого соединения быть не может, поскольку у атома кислорода имеется свободная валентность. Реально существуют молекулы оксидов одновалентных элементов, имеющие следующий вид «Э-О-Э» (графическая формула), где свободные валентности отсутствуют. Эмпирические химические формулы оксидов одновалентных элементов имеют вид Э₂О.

Аналогичные рассуждения для элементов находящихся в степени окисления +2 (двухвалентные), дают графическую формулу «Э=О», эмпирическую ЭО.

В Периодической системе элементов 8 групп, поэтому максимальная степень окисления, которую могут проявлять элементы +8 (валентность равна восьми).

В таблице 1 приведены все возможные формулы оксидов химических элементов, их графические и эмпирические формулы, а также примеры химических формул оксидов элементов и их названия по Международной номенклатуре.

Таблица 1 – Формулы окисидов

Степень окисления элемента	Валентность элемента	Графическая формула оксида	Эмпирическая формула оксида	Примеры формул оксидов	Названия оксидов по Международной номенклатуре
+1		Э-О-Э	Э₂О	Na₂O N₂O	Оксид натрия Оксид азота (I)^*
+2		Э=О	ЭО	CaO CO	Оксид кальция Оксид углерода (II)
+3		О=Э-О-Э=О	Э₂О₃	Al₂O₃ N₂O₃	Оксид алюминия Оксид азота (III)
+4		О=Э=О	ЭО₂	TiO₂ CO₂	Оксид титана (IV) Оксид углерода (IV)
+5			Э₂О₅	N₂O₅ V₂O₅	Оксид азота (V) Оксид ванадия (V)
+6			ЭО₃	CrO₃ SO₃	Оксид хрома (VI) Оксид серы (VI)
Степень окисления элемента	Валентность элемента	Графическая формула оксида	Эмпирическая формула оксида	Примеры формул оксидов	Названия оксидов по Международной номенклатуре
+7			Э₂О₇	Mn₂O₇ Cl₂O₇	Оксид марганца (VII) Оксид хлора (VII)
+8			ЭО₄	RuO₄	Оксид рутения (VIII)

*Валентность указывается только для элементов, которые могут иметь несколько значений валентности.

Как это видно из графических формул, в молекулах оксидов атомы кислорода связаны с атомами электроположительного элемента и не связаны друг с другом, равно как и атомы элементов не имеют связей друг с другом.

Многие элементы проявляют переменную валентность и образуют оксиды различного состава, что учитывается по международной номенклатуре указанием степени окисления элемента римскими цифрами, например Cr₂O₃ – оксид хрома (III), CrO₃ – оксид хрома (VI).

Получение оксидов

Оксиды получают часто непосредственным взаимодействием простого вещества с кислородом или разложением сложных веществ:

C + O₂ = CO₂: 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

CaCO₃ = CaO + CO₂; Mg(OH)₂ = MgO + H₂O

Почти все оксиды элементов прямым или косвенным путем образуют с водой гидроксиды.

CO₂+ H₂O = H₂CO₃Na₂O + H₂O = 2NaOH

Одни из них имеют характер кислот (Н₂SО₄, H₂SO₃, HNO₃ и др.), другие — характер оснований (NaOH, КОН, Са(ОН)₂ и др.), а третьи — двойственный характер и называются амфотерными гидроксидами (А1(ОН)₃, Zn(OH)₂, Cr(ОН)₃ и др.). Продуктами гидратации амфотерных оксидов являются амфотерные гидроксиды, для которых возможны две формы записи гидратных форм:

для BeO – H₂BeO₂ или Be(OH)₂;

для ZnO – H₂ZnO₂или Zn(OH)₂.

К амфотерным оксидам относятся Al₂O₃, Fe₂O₃, SnO, PbO, Cr₂O₃ и др.

Свойства оксидов

1. Отношение оксидов к воде:

a) основной оксид + вода = щелочь (оксиды щелочных и щелочно – земельных элементов)

K₂O + H₂O = 2KOH

BaO + H₂O = Ba(OH)₂

b) кислотный оксид + вода = кислота (исключение: оксид кремния SiO₂)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

2. Взаимодействие между основными и кислотными оксидами: основной оксид + кислотный оксид = соль

MgO + SiO₂ = MgSiO₃

3. Взаимодействие между амфотерными и кислотными оксидами: амфотерный оксид + кислотный оксид = соль

ZnO + SO₃ = ZnSO₄

4. Взаимодействие между амфотерными и основными оксидами: амфотерный оксид + основной оксид = соль

Cr₂O₃ + Na₂O = 2NaCrO₂

5. Взаимодействие между основными оксидами и кислотами: основной оксид + кислота = соль + вода

BaO + 2HI = BaI₂ + H₂O

6. Взаимодействие между кислотными оксидами и основаниями: кислотный оксид + основание = соль + вода

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

Амфотерные оксиды

Амфотерные оксиды и их гидратные формы, т. е. амфотерные гидроксиды, являются соединениями двойственной функции. Особенностью их химического поведения является способность к солеобразованию как с кислотами, так и с основаниями; например, при взаимодействии с кислотами оксид цинка ведет себя как основной оксид, а гидроксид цинка — как основание:

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O, Zn(OH)₂ + H₂SO₄= ZnSO₄ + 2H₂O;

при взаимодействии со щелочами оксид цинка ведет себя как кислотный оксид, а гидроксид цинка — как кислота, которую для наглядности представим в виде H₂ZnO₂:

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O, H₂ZnO₂+ 2NaOH = Na₂ZnO₂ + 2H₂O

или Zn(OH)₂+2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] (в растворе).

Аналогичным образом ведут себя, например, оксиды алюминия А1₂О₃ и хрома Сr₂О₃ и их гидратные формы А1(ОН)₃ и Сr(ОН)з., которые образуют соли, как при действии кислот:

А1₂О₂+ ЗН₂SO₄ = А1₂(SО₄)₃+ЗН₂О,

2Al(ОН)₃ +ЗН₂SO₄ = Al₂(SO)₃ + 6Н₂O так и при действии щелочей:

А1₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂+H₂O, Al (OH₃) + NaOH = NaAlO₂+2H₂O

или А1(ОН)₃ + NаОН = Nа[А1(ОН)₄] (в растворе).

Химические свойства оксида определяются положением соответствующего элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева. Известно, что в периодах металлические свойства элементов усиливаются справа налево, а в группах — сверху вниз: неметаллические свойства элементов изменяются в обратном направлении. На границе между элементами, оксиды которых имеют кислотный характер, и элементами, образующими основные оксиды, располагаются элементы, все оксиды которых амфотерны. Так, элементы, образующие амфотерные оксиды, располагаются на диагонали Н—Ge—Pb (на этой линии расположены элементы Н—Be—А1—Ge—Sn—Pb). Правее и выше этой линии, расположены элементы, образующие кислотные оксиды. Исключение составляют элементы V группы — мышьяк, сурьма, оксиды Э₂O₃ которых амфотерны (Э₂O₅— кислотные оксиды), и висмут, для которого оксид Э₂О₃ имеет основной характер.

Левее и ниже линии, соединяющей элементы с амфотерными оксидами, находятся элементы, образующие основные оксиды. Исключение составляют элементы III группы — Ga и In, оксиды которых амфотерны.

Амфотерными оксидами перечисленных выше элементов побочных подгрупп являются ZnO, Au₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂.

Если элемент образует оксиды в нескольких степенях: окисления, то амфотерные оксиды разделяют основные и кислотные так, что оксиды, соответствующие высшим степеням окисления, являются кислотными, а низшим — основными. Поэтому Сr₂О₃ — амфотерный, СrО₃ — кислотный; МnО₂ — амфотерный,_: МnO₃ и Мn₂О₇ — кислотные, а МnО— основной оксиды.

Перекиси

Кроме оксидов известны пероксиды или перекиси некоторых элементов, для которых характерна структурная группировка атомов кислорода —О—О—, наиболее известным представителем этого класса соединений является перекись водорода H₂O₂, в которой степень окисления кислорода равна –1, а валентность 2. Графическая формула перекиси водорода H-O-O-H.

Типовые задачи

Пример 1. Назовите оксиды по международной номенклатуре: Li₂O, BaO, FeO.

Li₂O – оксид лития.

Валентность лития может быть только 1 (степень окисления +1) поэтому не указывается.

BaO – оксид бария.

Валентность бария может быть только 2 (степень окисления +2) поэтому не указывается.

FeO – оксид железа (II).

Валентность железа может быть 2 и 3 (степень окисления +2 и +3) поэтому необходимо указывать. Чтобы указать валентность необходимо рассчитать степень окисления железа в FeO.

Заряд молекулы складывается из степеней окисления всех атомов и равен нулю:

0 = 1*х + 1*(-2), 0 = х – 2, х = +2, степень окисления железа равна +2 (валентность равна 2).

Пример 2. Привести графические и эмпирические формулы следующих оксидов: оксид алюминия, оксид азота (V), оксид серы (IV), оксид серы (VI).

Оксид алюминия. Алюминий является металлом третьей группы главной подгруппы ПСЭ, поэтому проявляет только валентность равную 3. Степень окисления в соединениях +3 (металлы могут иметь только положительные степени окисления).

Графическая формула