 |
Металлы, находящиеся в “Ряду напряжений” после водорода, водород из растворов кислот не вытесняют
|
|
|
|
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Классификация веществ
Все вещества делятся на простые (элементарные) и сложные. Простые вещества состоят из одного элемента, сложные – из двух и более элементов. Простые вещества разделяются на металлы, неметаллы и инертные газы.
Металлы имеют характерный «металлический» блеск, обладают ковкостью, тягучестью, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, обладают хорошей теплопроводностью и электрической проводимостью. При комнатной температуре все металлы (кроме ртути) находятся в твердом состоянии.
Неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, хрупки, очень плохо проводят теплоту и электричество. Некоторые из них при обычных условиях газообразны.
Сложные вещества делят на органические и неорганические (минеральные). Органическими принято называть соединения углерода, за исключением простейших соединений углерода (CO, CO2, H2CO3, HCN и их солей и др.); все остальные вещества называются неорганическими.
Сложные неорганические соединения классифицируются как по составу, так и по химическим свойствам (функциональным признакам). По составу они, прежде всего, подразделяются на двухэлементные, или бинарные, соединения (оксиды, сульфиды, галогениды, нитриды, карбиды, гидриды) и многоэлементные соединения; кислородсодержащие, азотсодержащие и т. п.
По химическим свойствам неорганические соединения подразделяются на четыре основных класса: оксиды, кислоты, основания, соли.
Оксиды
Оксидами называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород (Cr2O3, K2O, CO2 и т. д.). Кислород в оксидах всегда двухвалентен и имеет степень окисления, равную -2.
|
|
|
По химическим свойствам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные: CO, NO, N2O). Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основными называются оксиды, взаимодействующие с кислотами или кислотными оксидами, с образованием солей:
CuO + 2HCl=CuCl2 + H2O,
MgO + CO2 = MgCO3.
Образование основных оксидов характерно для металлов с невысокой степенью окисления (+1, +2).
Оксиды щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba, Ra) взаимодействуют с водой, образуя основания. Например:
Na2O + H2O = 2NaOH,
CaO + H2O = Ca(OH)2.
Большая часть основных оксидов с водой не взаимодействует. Основания таких оксидов получают косвенным путем:
a) CuO + 2HCl=CuCl2 + H2O;
б) CuCl2 + 2KOH = Cu(OH)2 +2KCl.
Кислотными называются оксиды, взаимодействующие с основаниями или с основными оксидами с образованием солей. Например:
SO3 + 2KOH = K2SO4 + H2O,
CaO + CO2 = CaCO3.
К кислотным оксидам относятся оксиды типичных неметаллов -SO2, N2O5, SiO2, CO2 и др., а также оксиды металлов с высокой степенью окисления (+5, +6, +7, +8) - V2O5, CrO3, Mn2O7 и др..
Ряд кислотных оксидов (SO3, SO2, N2O3, N2O5, CO2 и др.) при взаимодействии с водой образуют кислоты:
SO 3 + H2O = H2SO4,
N2O5 + H2O = 2HNO3.
Соответствующие кислоты других кислотных оксидов (SiO2, TeO2, TeO3, MoO3, WO3, и др.) получают косвенным путем. Например:
а) SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
б) Na2SiO3 +2HCl= H2SiO3 + 2NaCl
Один из способов получения кислотных оксидов – отнятие воды от соответствующих кислот. Поэтому кислотные оксиды иногда называют ангидридами кислот.
Амфотерными называют оксиды, образующие соли при взаимодействии, как с кислотами, так и с основаниями, т. е. обладающие двойственными свойствами – свойствами основных и кислотных оксидов. Например:
SnO + H2SO4 = SnSO4 + H2O,
SnO + 2KOH + H2O = K2 [Sn(OH)4],
ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O[1].
К числу амфотерных оксидов относятся: ZnO, BeO, SnO, PbO, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, Sb2O3, MnO2 и др.
Следует отметить, что в соответствии с изменением химической природы элементов в периодической системе элементов (от металлов к неметаллам) закономерно изменяются и химические свойства соединений, в частности, кислотно-основная активность их оксидов. Так, в случае высших оксидов элементов 3 периода в ряду: Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, SO3, Cl2O7 - по мере уменьшения степени полярности связи Э-О (уменьшается DЭО; уменьшается отрицательный эффективный заряд атома кислорода) ослабляются основные и нарастают кислотные свойства оксидов: Na2O, MgO - основные оксиды; Al2O3 – амфотерный; SiO2, P2O5, SO3, Cl2O7 - кислотные оксиды (слева направо кислотный характер оксидов усиливается).
|
|
|
Способы получения оксидов:
1. Взаимодействие простых веществ с кислородом (окисление):
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3,
S + O2 = SO2.
2. Горение сложных веществ:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O,
2SO2 + O2 = 2SO3.
3. Термическое разложение солей, оснований, кислот:
CaCO3 ® CaO + CO2,
Cd(OH)2 ® CdO + H2O,
H2SO4 ® SO3 + H2O.
Номенклатура оксидов. Названия оксидов строятся из слова “оксид” и названия элемента в родительном падеже, который соединен с атомами кислорода. Если элемент образует несколько оксидов, то в скобках римскими цифрами указывается его степень окисления (с.о.), при этом знак с. о. не указывается. Например, MnO2 – оксид марганца (IV), MnO – оксид марганца (II). Если элемент образует один оксид, то его с. о. не приводится: Na2O – оксид натрия.
Иногда в названиях оксидов встречаются приставки ди-, три-, тетра- и т.д. Они обозначают, что в молекуле этого оксида на один атом элемента приходится 2,3,4 и т.д. атома кислорода, например, CO2 – диоксид углерода и т.д.
Гидроксиды
Среди многоэлементных соединений важную группу составляют гидроксиды – сложные вещества, содержащие гидроксогруппы OH. Некоторые из них (основные гидроксиды) проявляют свойства оснований - NaOH, Ba(OH)2 и т.п.; другие (кислотные гидроксиды) проявляют свойства кислот – HNO3, H3PO4, и др.; существуют и амфотерные гидроксиды, способные в зависимости от условий проявлять как основные, так и кислотные свойства - Zn(OH)2, Al(OH)3 и др.
Свойства и характер гидроксидов также находятся в зависимости от заряда ядра центрального атома (условное обозначение Э) и его радиуса, т.е. от прочности и полярности связей Э – О и О – Н.
Если энергия связи EO - H << EЭ - О, то диссоциация гидроксида протекает по кислотному типу, т. е. разрушается связь О – Н.
|
|
|
ЭОН D ЭО- + H+
Если EO-H >> EЭ – O, то диссоциация гидроксида протекает по основному типу, т. е. разрушается связь Э - O
ЭOH D Э+ + OH-
Если энергии связей O – H и Э – О близки или равны, то диссоциация гидроксида может протекать одновременно по обоим направлениям. В этом случае речь идет об амфотерных гидроксидах:
Эn+ + nOH- D Э(OH)n = HnЭOn Û nH+ + ЭОnn-
В соответствии с изменением химической природы элементов в периодической системе элементов закономерно изменяется кислотно-основная активность их гидроксидов: от основных гидроксидов через амфотерные к кислотным. Например, для высших гидроксидов элементов 3 периода:
NaOH, Mg(OH)2 – основания (слева направо основные свойства ослабевают);
Al(OH)3 – амфотерный гидроксид;
H2SiO3, H3PO4, H2SO4, HСlO4 – кислоты (слева направо сила кислот увеличивается).
Гидроксиды металлов относятся к основаниям. Чем ярче выражены металлические свойства элемента, тем сильнее выражены основные свойства соответствующего гидроксида металла в высшей с.о. Гидроксиды неметаллов проявляют кислотные свойства. Чем ярче выражены неметаллические свойства элемента, тем сильнее кислотные свойства соответствующего гидроксида.
Кислоты
Кислоты – это вещества, диссоциирующие в растворах с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка (с позиций теории электролитической диссоциации).
Кислоты классифицируют по их силе (по способности к электролитической диссоциации – на сильные и слабые), по основности (по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться атомами металла с образованием соли – на одноосновные, двухосновные, трехосновные), по наличию или отсутствию кислорода в составе кислоты (на кислородсодержащие и бескислородные). Например, азотная кислота HNO3 – сильная, одноосновная, кислородсодержащая кислота; сероводородная кислота H2S – слабая, двухосновная, бескислородная кислота.
Химические свойства кислот:
1. Взаимодействие с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
H2SO4 + Cu (OH)2 = CuSO4 + 2H2O.
|
|
|
2. Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:
2HNO3 + MgO = Mg(NO3)2 + H2O,
H2SO4 + ZnO = ZnSO4 + H2O.
3. Взаимодействие с металлами. Металлы, стоящие в “Ряду напряжений” до водорода, вытесняют водород из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной кислот); при этом образуется соль:
Zn + 2HCl =ZnCl2 + H2 .
Металлы, находящиеся в “Ряду напряжений” после водорода, водород из растворов кислот не вытесняют
Cu + 2HCl ≠.
|
|
|
