Основные классы неорганических соединений

Теоретические пояснения

Все неорганические вещества можно разделить на простые и сложные. Сложные неорганические вещества по составу делятся на бинарные (оксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, карбиды и другие) и многоэлементные соединения.

Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов один из которых кислород в степени окисления -2. Соединения с фтором, где кислород проявляет положительную степень окисления, пероксиды (степень окисления – 1), супероксиды (степень окисления –1/2), озониды (степень окисления –1/3) оксидами не являются.

По функциональным признакам оксиды делятся на солеобразующие (при взаимодействии с кислотами или основаниями дают соли) и несолеобразующие, которые не образуют солей, им не соответствуют гидроксиды с той же степенью окисления элемента, что и в оксиде. Несолеобразующие оксиды могут вступать с кислотами или основаниями только в окислительно-восстановительные реакции. Примером таких оксидов служат N₂O, NO, CO, OsO₄ и другие.

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные (ангидриды кислот) и амфотерные.

Основными называют оксиды, которым соответствуют основания. К ним относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, MgO, CuO, CdO, HgO, VO, CrO, MnO, FeO, NiO, CoO, Bi₂O₃ и другие. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей:

MgO + 2HCl → MgCl₂ +H₂O

CaO +CO₂ → CaCO₃

Непосредственно с водой взаимодействуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, частично MgO. При этом образуются основные гидроксиды (основания):

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Кислотными называют оксиды, которым соответствуют кислоты. К ним относятся CO₂, SiO₂, SO₂, SO₃, P₂O₅, N₂O₃, NO₂, N₂O₅, B₂O₃, CrO₃, Mn₂O₇ и другие.

Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями и основными оксидами с образованием солей:

SO₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + H₂O

SO₃ + CaO → CaSO₄

Многие из кислотных оксидов, за небольшим исключением (SiO₂, TeO₂, TeO₃, MoO₃, WO₃ и другие), непосредственно взаимодействуют с водой, образуя кислородсодержащие кислоты:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Амфотерными называют оксиды, которым соответствуют и основания и кислоты. К данным оксидам относятся BeO, ZnO, PbO, SnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂, SnO₂, PbO₂, Sb₂O₃ и другие.

Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей:

Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]

Эти оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют.

Как показывают приведенные примеры, с повышением степени окисления металла основные свойства их оксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.

Названия оксидов образуются следующим образом:

- слово «оксид» и название элемента в родительном падеже с указанием в скобках римской цифрой его степени окисления (если элемент может проявлять несколько степеней окисления);

- стехиометрические соотношения между элементами указываются при помощи греческих умножающих префиксов, присоединяемых без дефиса к названиям элементов (если в формуле свыше 12 атомов одного вида, то вместо префиксов используются цифры).

Например, СО₂ – оксид углерода (IV) или диоксид углерода, N₂O – оксид азота (I) или оксид диазота, Fe₃O₄ – оксид дижелеза (III)-железа (II) или тетраоксид трижелеза, W₂₀O₅₈ – 58 – оксид 20 – вольфрама.

Солеобразующим оксидам соответствуют гидроксиды – гидратированные оксиды. По кислотно-основным свойствам гидроксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основания (основные гидроксиды) диссоциируют в водных растворах с образованием в качестве анионов только ОН^-:

NaOH → Na⁺ + ОН^-

Ca(OH)₂→ Ca²⁺ + 2ОН^-

Основания подразделяются на малорастворимые в воде [АI(OH)₃, Cu(OH)₂] и хорошо растворимые основания или щелочи [KOH, NaOH, Ca(OH)_2]. Важнейшее химическое свойство основных гидроксидов – способность взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей.

К амфотерным относятся гидроксиды, которые реагируют как с основаниями, так и с кислотами:

Аl(OH)₃ +3 HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Аl(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

 

Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. Кислоты – это электролиты, которые в водных растворах или расплавах диссоциируют на ионы водорода и ионы кислотного остатка. Кислоты – это вещества способные в растворе отщеплять ион водорода.

Выделяют кислородсодержащие кислоты (кислотные гидроксиды), бескислородные кислоты, летучие и нелетучие, одноосновные, двухосновные и трехосновные, сильные и слабые.

Кислородсодержащие кислоты имеют общую формулу H_xA_yO_z, где A_yO_z^х-– кислотный остаток, А – кислотообразующий элемент. В номенклатуре кислородсодержащих кислот используются как тривиальные, так и систематические названия. Последние полностью отражают состав соединения и даются по правилам составления названий комплексных соединений. Систематические названия рекомендуется давать лишь малораспространенным кислотам, образованным элементами с переменной степенью окисления. Например, H₆TeO₆ – гексаоксотеллурат (VI) водорода. В традиционных названиях для обозначения степени окисления элемента А применяют суффиксы:

 

Высшая или любая единственная степень окисления	-н-, -ов-, -ев-
Промежуточная степень окисления = +5, +6	-новат-
Промежуточная степень окисления = +3, +4	-(ов) ист-
Низшая степень окисления = +1	-новатист-

 

Примеры: HClO₄ – хлорная кислота; HCIO₃ – хлорноватая кислота;

HClO₂ – хлористая кислота; HClO – хлорноватистая кислота.

При взаимодействии между собой гидроксидов и оксидов, с различными кислотно-основными свойствами, образуются соли. Соли по составу подразделяются на простые, двойные, смешанные и комплексные.

Двойные соли образованы двумя различными катионами и одним анионом. Например, NaAl(SO₄)₂ – сульфат алюминия-натия.

Смешанные соли образованы несколькими различными анионами (кислотными остатками) и одним катионом. Например, CaCl(ClO) – хлорид-гипохлорит кальция или хлорная известь.

Комплексные соли содержат в своем составе сложные комплексные ионы, которые в химических реакциях, процессах растворения, в структуре кристалла ведут себя как самостоятельные единицы. Например, K₄[Fe(CN)₆] - гексацианоферрат (II) калия диссоциирует в воде на ионы в соответствии с уравнением:

K₄[Fe(CN)₆] → 4 K⁺ + [Fe(CN)₆] ^4-.

 

Комплексный анион практически не диссоциирует в водном растворе, поэтому Fe²⁺ не обнаруживается качественными реакциями.

Простые соли по характеру замещения подразделяются на средние (нормальные), кислые и основные.

Средние соли, например, CuSO₄, Na₂CO₃ и другие, являются продуктами полного замещения ионов водорода в кислоте на другие катионы или продуктами полного замещения гидроксильных групп в основании на кислотные остатки.

Кислые соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ионов водорода в двух- или более основной кислоте на другие катионы. Кислые соли получаются при взаимодействии кислоты или кислотного оксида с недостатком основания, либо взаимодействием средней соли с кислотой или кислотным оксидом:

H₂SO₄ + КOH → КHSO₄ + H₂O;

CO₂ + NaOH → NaHCO₃;

Вa₃(PO₄)₂ + H₃PO₄→ 3 ВaHPO₄;

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂.

Так как в анионе кислой соли содержится подвижный водород, то она частично сохраняет свойства кислоты и может вступать в реакцию нейтрализации с основаниями:

NaHSO₄ + KOH = NaKSO₄ + H₂O.

Основные соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ОН – групп в многокислотных основаниях на кислотные остатки. Эти соли получаются при взаимодействии основания с недостатком кислоты или средней соли:

Ва(OH)₂ + HCl = ВаOHCl + H₂O;

CoCl₂ + КOH = CoOHCl¯ +КCl.

Так как в состав основных солей входят гидроксильные группы, то они могут взаимодействовать с кислотами с образованием средних солей. Таким образом, основные соли частично сохраняют свойства оснований:

MgOHCl + HCl = MgCl₂ + H₂O

Систематические названия солей связаны с систематическими названиями соответствующих кислот. Традиционные названия солей кислородсодержащих кислот составляются из названия аниона в именительном падеже и катиона в родительном падеже. Название аниона включает корень русского или латинского названия кислотообразующего элемента с добавлением суффикса, соответствующего степени окисления элемента. При этом возможны следующие случаи:

- если кислотообразующий элемент имеет только одну степень окисления, то добавляется суффикс –ат: Na₂CO₃ – карбонат натрия;

- если кислотообразующий элемент имеет две степени окисления, то при высшей из них к корню добавляется суффикс –ат, а при низшей – -ит: CaSO₄ – сульфат кальция, Na₂SO₃ – cульфит натрия;

- если имеются анионы, отвечающие четырем степеням окисления кислотообразующего элемента, то для высшей степени окисления используется приставка пер- и суффикс -ат (КCl⁺⁷O₄ – перхлорат калия),

- затем суффикс –ат (KCl⁺⁵O₃ – хлорат калия), суффикс –ит (KCl⁺³O₂ – хлорит калия) и для наименьшей степени окисления – приставка гипо- и суффикс –ит (KCl⁺¹O - гипохлорит калия).

В названиях анионов солей бескислородных кислот используется суффикс –ид (K₂S - сульфид калия).

При построении традиционных названий кислых солей к названию аниона средней соли добавляется приставка гидро- и числовая греческая приставка, если число атомов водорода в анионе больше одного [Ca(H₂PO₄)₂ – дигидрофосфат кальция, Ca(HCO₃)₂ – гидрокарбонат кальция].

Традиционные названия основных солей формируются при помощи приставки гидроксо- и при необходимости соответствующей числительной приставки [(CuOH)₂CO₃ – карбонат гидроксомеди (II)].