Тема 1. Основные классы неорганических соединений

 

Сложные неорганические вещества или химические соединения по функциональным признакам обычно делятся на следующие важнейшие классы: оксиды, гидроксиды (кислоты, основания, амфотерные гидроксиды), соли.

Оксидами называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления – 2 (исключением является фторид кислорода F₂О, где степень окисления кислорода + 2).

Названия оксидов образуются из слова оксид и названия элемента в родительном падеже. В том случае, если элемент имеет различные степени окисления, то абсолютную величину степени окисления указывают в скобках римскими цифрами после названия элемента, например: BaO – оксид бария; FeO – оксид железа (II).

Оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Несолеобразующие (безразличные) оксиды не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями.

Солеобразующие оксиды делятся на основные, амфотерные и кислотные.

 

 

Оксиды

 

 

Солеобразующие Несолеобразующие

(N ₂O, NO, CO)

 

 

Основные Амфотерные Кислотные

(CаО, FeO, Li₂O) (Al ₂O₃, ZnO, Cr ₂O₃) (N ₂O₅, SO₃, CO ₂)

 

 

Основные оксиды – это оксиды типичных металлов, которым соответствуют основания. Например: Na₂O - NaOH, BaO – Ba(OH)₂, CaO – Ca(OH)₂, NiO – Ni(OH)₂ и т.д. В большинстве своем основные оксиды - это твердые кристаллические вещества.

Кислотные оксиды – это оксиды типичных неметаллов, а также некоторых металлов в высшей степени окисления, которым соответствуют кислоты. Например: CO₂, N₂O₅, P₂O₅, SO₂,SO₃, Cl₂O₇, CгO₃, Mn₂O₇ и т.д. Кислотные оксиды бывают газообразные /CO₂, SO₂ /, жидкие /SO₃, Cl₂O₇/ и твёрдые / P₂O₅, CгO₃/.

Кислотные оксиды могут быть получены путем отделения воды от соответствующей кислоты, поэтому их называют также ангидридами кислот. Например: CO₂ – ангидрид H₂CO₃, P₂O₅ – ангидрид H₃PO₄ и т.д.

Амфотерные оксиды – это оксиды, которые в зависимости от условий проявляют свойства кислотных и основных оксидов, т.е. обладают двойными свойствами. Например: ZnO, CuO, Al₂O₃, Fe₂O₃ и т.д._. Амфотерные оксиды, как правило, твёрдые вещества, нерастворимые в воде.

Соединения оксидов с водой можно рассматривать как гидроксиды, которые подразделяются на основные (проявляющие в химических реакциях свойства оснований), кислотные (проявляющие свойства кислот) и амфотерные (способные проявлять как кислотные, так и основные свойства).

К кислотам в соответствии с теорией электролитической диссоциации относят вещества, способные диссоциировать в растворе с образованием ионов водорода H ⁺:

HCl = H⁺ + Cl^-

H₃PO₄ = 3 H⁺ + PO₄^-3

В общем виде формулу кислоты можно записать как Н_nА, где А – кислотный остаток, n- число атомов водорода в молекуле или основность кислоты.

Кислоты делятся по степени диссоциации на сильные и слабые, по составу кислотного остатка на кислородсодержащие и бескислородные, по числу ионов водорода на одно-, двух- и более основные:

 

 

сильные слабые

H₂SO₄, HCl CH₃COOH, HCN бескислородные по степени

HCl, H₂S диссоциации

по составу

кислотного КИСЛОТЫ

остатка

 

 

по числу ионов водорода

кислородосодержащие одноосновные двухосновные трёхосновные

H₂SO₄, CH₃COOH HCl, CH₃COOH H₂S, H₂SO₄ H₃PO₄

Слабые кислоты в водных растворах диссоциируют незначительно и в ионных реакциях пишутся в недиссоциированном виде. Процесс диссоциации обратим. При этом устанавливается равновесии между непродиссоциировавшими молекулами и ионами, на которые идёт диссоциация, например:

H₃PO₄ ↔ H⁺+H₂ PO₄^-- (первая ступень)

H₂ PO₄^- ↔ H⁺+ H PO^2-- (вторая ступень)

H PO₄ ^2-- ↔H⁺+ PO₄^3-- (третья ступень)

Ступенчатой диссоциацией слабых кислот объясняется образование кислых солей.

Сильные кислоты диссоциируют в водных растворах полностью на ионы водорода и ионы кислотного остатка, например:

HCl = H⁺+ Cl^-

HNO₃ = H⁺+ NO₃^-

H₂SO₄ = 2 H⁺+ SO₄^2-

Название кислородосодержащей кислоты производится от названия неметалла с прибавлением окончаний – ная, - вая (если степень окисления неметалла соответствует номеру группы периодической системы, где расположен неметалл), – истая (если степень окисления неметалла меньше номера группы периодической системы, где расположен неметалл) и слова “кислота”: Например: HNO₃ – азотная кислота, HNO₂ - азотистая кислота.

Если элемент в одной и той же степени окисления образует несколько кислородосодержащих кислот, то к названию кислоты с меньшим содержанием водородных атомов добавляется приставка ”мета”, с наименьшим - “орто”. Например: HPO₃ - метафосфорная кислота, H₃PO₄ - ортофосфорная кислота.

Название бескислородной кислоты также состоит из двух слов: первое производится от названия неметалла с окончанием - о и прибавлением слова водородная и слова “киcлота”. Например: HCl – хлороводородная кислота, H₂S – сероводородная кислота.

К основаниям (основным гидроксидам), согласно теории электролитческой диссоциации, относят многоэлементные вещества, способные в водном растворе диссоциировать с образованием гидроксид-ионов ОН^-:

Ca(OH)₂ = Ca⁺² + 2 OH^-

LiOH = Li⁺ + OH^-

Название основания (или основного гидроксида) образовано из слова “гидроксид” и названия элемента в родительном падеже, после которого при необходимости указывают степень окисления элемента, например: КОН – гидроксид калия, Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III). Общую формулу основания можно записать как М(ОН)_m, где М – металл, m – число гидроксильных групп или кислотность основания.

Основания бывают растворимые и нерастворимые в воде.

 

ОСНОВАНИЯ

 

 

Растворимые в воде Нерастворимые в воде

(щелочи) Cu(OH)₂, Fe(OH)₂

NaOH, Ba(OH)₂

Большинство оснований нерастворимо в воде. Растворяются лишь основания, образованные щелочными и щелочноземельными металлами (такие основания называют щелочами) и гидроксид аммония NH₃ ∙ H₂O (NH₄ОН).

Все малорастворимые основания и растворимое основание NH₄ОН являются слабыми и пишутся в недиссоциированном виде.

Амфотерные гидроксиды способны диссоциировать в водных растворах как по типу оснований, так и по типу кислот, например:

По типу оснований Zn(OH)₂ = Zn ⁺² + 2 OH^-

По типу кислот Zn(OH)₂ + 2 H₂O = 2H⁺ + [Zn(OH)₄]^-2

Амфотерные гидроксиды получают только косвенным путём действием щелочей на водные растворы соответствующих растворимых солей:

Al Cl₃ + 3КОН = Al (ОН)₃ + 3КCl

Al³⁺ +3ОН^- = Al (ОН)₃

Изучив основные классы неорганических веществ (оксиды, основания, кислоты) следует запомнить, что в химических реакциях взаимодействие идет только между веществами с противоположными свойствами, т.е. между веществами основного и кислотного характера.

Солями называются сложные вещества, при диссоциации которых образуются катионы металла (или ион аммония или комплексные ионы) и анионы кислотных остатков.

Соли представляют собой продукты замещения атомов водорода кислоты на металл или гидроксидных групп основания на кислотный остаток. В зависимости от полноты замещения атомов водорода или гидроксильных групп соли делятся на три большие группы: средние, кислые и основные. Кроме этого, выделяют двойные, смешанные и комплексные соли.

 

СОЛИ

 

Кислые Средние Основные Двойные Смешанные Комплексные

N NaHCO₃ Na₂CO₃ CaOHCl К₂SO₄ × Al₂(SO₄)₃ Ca(OCl₂) [Cu(NH₃) ₄] SO₄

 

Двойные соли образованы двумя катионами и одним анионом:

К₂SO₄ × Al₂(SO₄)₃ алюмокалиевые квасцы

(NH₄)₂ SO₄ × FeSO₄ железоаммонийные квасцы

Двойные соли диссоциируют на ионы, из которых они состоят:

К₂SO₄ × Al₂(SO₄)₃ = 2 К⁺ + 2 Al ³⁺ + 4 SO₄^2-

(NH₄)₂ SO₄ × FeSO₄ = 2 NH₄⁺ + Fe²⁺ + 2SO₄^2-

Комплексные соли: образованы комплексным катионом или анионом:

[Cu(NH₃) ₄] SO_4, K₂[ Hg I₄]

Комплексные соли диссоциируют в две ступени как обычные сильные электролиты на все составляющие их ионы и молекулы:

I ступень [Cu(NH₃) ₄] SO₄ = [Cu(NH₃) ₄]²⁺ + SO₄^2-

IIступень [Cu(NH₃) ₄]²⁺ = Cu²⁺ + 4 NH₃⁰

Iступень K₂[ Hg I₄] = 2K⁺ + [ Hg I₄] ^2-

IIступень [ Hg I₄] ^2- = Hg²⁺ + 4 I^-

Смешанные соли: образованы одним катионом и двумя анионами и диссоциируют на все составляющие их ионы:

Ca(OCl₂) = Ca²⁺ + Cl^- + ClO^-

Средние соли - это продукты полного замещения водорода кислоты атомами металла и гидроксильных групп основания кислотными остатками. Средние соли состоят из ионов металла и кислотного остатка: KBr, ZnSO₄, BaCl₂, Cu(NO₃)₂.

Названия средних солей складываются из названия аниона кислоты в именительном падеже и катиона металла в родительном падеже. Например: Al₂(SO₄)₃ - сульфат алюминия; KY – йодид калия, CaCO₃ карбонат кальция и т.д. Если металл имеет переменную валентность, то она указывается после названия металла римской цифрой в скобках. Например: FeCl₂ - хлорид железа (II), FeCl₃ хлорид железа (III).

Примеры диссоциации средних солей:

Al₂(SO₄)₃ ↔ 2 Al³⁺ + 3SO₄^2-

K₃PO₄ ↔ 3 K⁺+ PO₄^3-

Кислые соли - продукты неполного замещения водорода в многоосновных кислотах на ионы металла, т.е. в кислых солях, кроме ионов металла и кислотного остатка содержатся ионы водорода (Н)⁺.

Название кислых солей складываются из названия аниона кислоты с добавлением приставки – гидро в именительном падеже и названия металла в родительном падеже. Например: Ca(HCO₃) ₂ - гидрокарбонат кальция, NaHS – гидросульфат натрия. При содержании в анионе кислоты двух ионов водорода употребляется приставка - дигидро, например: NaH₂PO₄ – дигидрофосфат натрия.

Примеры диссоциации кислых солей:

NaНS ↔ Na⁺ + НS^-

Ca(HCO₃) ₂ ↔ Ca²⁺ + 2HCO₃^-

 

Основные соли – продукты неполного замещения гидроксогрупп основания на кислотные остатки, т.е. в основных солях кроме ионов металла и кислотного остатка, содержатся гидроксогруппы (OH^-). Основные соли образуют основания, содержащие две и более гидроксогруппы, например: AlOHCl₂, (CuOH)₂CO_3, FeOHSO_4, (FeOH)₂Cl и т.д.

Названия основных солей складываются из названия аниона кислоты с добавлением приставки – гидроксо в именительном падеже и названия металла в родительном падеже, с указанием валентности металла римской цифрой в скобках, если он имеет переменную валентность. Например: AlОНCl₂ - гидроксохлорид алюминия, (CuOH)₂CO₃ - гидроксокарбонат меди, FeOHSO₄ – гидроксосульфат железа (III). При содержании в основной соли двух гидроксогрупп употребляется приставка дигидроксо: Fe(OH)₂Cl – дигидроксохлорид железа (III).

Основные соли диссоциируют на гидроксокатионы и кислотный остаток.:

AlОНCl₂ ↔ AlОН²⁺ + 2Cl^-

FeOHSO₄ ↔ FeOH²⁺ + SO₄^2-

Между простыми веществами, оксидами, кислотами, основаниями и солями существует генетическая связь, т.е возможность их взаимного перехода: