Химические свойства оксидов

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ

ХИМИЧЕСКИХ ФОРМУЛ

Состав химических соединений выражают химическими формулами, при составлении которых используется характеристика состояния элемента в соединении – степень окисления (с. о.).

Степень окисления – условный заряд атома в химическом соединении.

Степень окисления при необходимости указывают над символом элемента в формуле или римской цифрой в названии вещества.

Для расчета степеней окисления элементов используют следующие правила:

v степень окисления элемента в простом веществе равна нулю ;

v степень окисления кислорода в большинстве сложных веществ равна -2 ;

v степень окисления водорода и щелочных металлов в большинстве сложных веществ равна +1 ;

v алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю, в ионе – его заряду.

Пример. Рассчитайте степени окисления элементов в соединениях: а) NH₃; б) P₂O₅; в) NH₄NO₃.

 

Решение

а) С. о. водорода равна +1. С. о. азота рассчитываем, приравнивая алгебраическую сумму с. о. атомов, образующих данную молекулу, нулю. Сумма с.о. атома азота (x) и трех атомов водорода 3(+1)

x + 3(+1) = 0, откуда x = -3. .

б) С.о. кислорода равна -2. Аналогично предыдущему составляем выражение алгебраической суммы с.о. двух атомов фосфора (2х) и пяти атомов кислорода:

2х + 5(-2) = 0, откуда х = +5. .

в) Большинство элементов в соединениях проявляют несколько различных степеней окисления. Рассчитать степени окисления атомов азота в соединении NH₄NO₃ можно, разделив эту соль на ионы NH₄⁺ и NO₃^-. Далее для каждого иона составляем выражение суммы степеней окисления, включая неизвестную степень окисления атома азота х, и приравниваем его заряду иона.

Для иона NH₄⁺:

х + 4 (+1) = +1, х = -3;

для иона NO₃^-:

х + 3(-2) = -1, х = +5.

Формула нитрата аммония с указанием с. о. азота: .

КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Химические вещества могут быть простыми и сложными. Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы (см. далее). Граница между металлами и неметаллами размыта, выделенные элементы проявляют двойственность свойств.

 

(H)

Металлы Неметаллы

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac**

Ku

La^* – первый элемент семейства лантаноидов (14 лантаноидов),

Ас** – первый элемент семейства актиноидов (14 актиноидов).

Сложные неорганические соединения делят на три основных класса – оксиды, гидроксиды и соли.

Оксиды

Оксиды – соединения элементов с кислородом.

Если элементы проявляют переменную с.о., то образуют оксиды различного состава, что учитывают в названии оксида указанием с.о. элемента. Если элемент образует один оксид, то в названии оксида с.о. не указывают.

Например, Al₂O₃ – оксид алюминия (алюминий проявляет единственную с. о., равную +3); N₂O₃ – оксид азота (III) (азот проявляет различные с. о., в данном оксиде с. о. азота равна +3).

Оксиды делят на несолеобразующие и солеобразующие.

Несолеобразующиеоксиды весьма немногочисленны – например CO, NO, N₂O.

Солеобразующие оксиды по химическим свойствам делят на три группы – основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды образуют только типичные металлы в степени окисления +1, +2 (не всегда), +3 (редко).

Кислотные оксиды образуют неметаллы, а также металлы в высоких степенях окисления (+6, +7). Оксиды неметаллов ‑ SO₂,P₂O₅, оксиды металлов – , .

Амфотерные оксиды образуют металлы в степени окисления +3, +4, +5, иногда +2, а также элементы, расположенные вблизи условной диагонали, разделяющей металлы и неметаллы (As ‑ As₂O₃, Sb ‑ Sb₂O₃). Амфотерные оксиды некоторых металлов в степени окисления +2 –ZnO, PbO, SnO, BeO – полезно запомнить. Амфотерные оксиды сочетают свойства основных и кислотных оксидов.

Химические свойства оксидов

v Отношение к воде

Из основных оксидов с водой реагируют только оксиды щелочных (IА подгруппа) и щелочноземельных (IIА подгруппа, кроме Be и Mg) металлов, в результате образуются растворимые основные гидроксиды

BaO + H₂O = Ba(OH)₂.

Большинство кислотных оксидов реагируют с водой, в результате образуются растворимые кислотные гидроксиды (кислоты)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

Некоторые кислотные оксиды, в том числе SiO₂, с водой не реагируют.

Амфотерные оксиды с водой не реагируют.

 

v Кислотно-основные взаимодействия

Оксиды вступают в кислотно-основные взаимодействия, в результате которых образуются соли. Реагируют только вещества, одно из которых проявляет кислотные свойства, а другое ‑ основные

MgO + SiO₂ = MgSiO₃,

основной кислотный соль

оксид оксид

BaO + Al₂O₃ = Ba(AlO₂)₂,

основной амфотерный соль

оксид оксид

BaO + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + H₂O,

основной кислота соль

оксид

N₂O₅ + PbO = Pb(NO₃)₂,

кислотный амфотерный соль

оксид оксид

P₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3H₂O,

кислотный основание соль

оксид

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O,

амфотерный кислота соль

оксид

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O.

амфотерный основание соль

оксид (щелочь)

Амфотерные оксиды в реакциях с кислотами и кислотными оксидами проявляют основные свойства, в реакциях со щелочами и основными оксидами – кислотные свойства.

Гидроксиды

Гидроксиды – соединения, в состав которых входят элемент (Э), кроме фтора и кислорода, и гидроксогруппа OH.

Общая формула гидроксидов – Э(OH)_n, где n равно степени окисления элементаи принимает значения 1÷6. При n > 2 гидроксиды могут существовать в разных гидратных орто- и мета- формах. Переход орто-формы в мета-форму можно представить как потерю (вычитание) одной или двух молекул воды, например:

Э(ОН)₃ ® ЭOOH + H₂O

орто- мета-

форма форма

Метаформы гидроксидов содержат в своем составе, кроме гидроксогрупп, атомы кислорода.

Гидроксиды делят на три группы – основные (основания), кислотные (кислородсодержащие кислоты) и амфотерные.

Каждому солеобразующему оксиду соответствует гидроксид, причем в паре оксид - соответствующий гидроксид одинаковы кислотно-основной характер соединений и их отношение к воде.

Na₂O – основной оксид, реагирует с водой,

NaOH – основание, растворимое в воде.

SiO₂ – кислотный оксид, нерастворимый в воде,

H₂SiO₃ – кислота, в воде не растворяется.

SnO – амфотерный оксид, нерастворимый в воде,

Sn(OH)₂ – амфотерный гидроксид, нерастворимый в воде.

Основания. Основания– гидроксиды, которые в водных растворах диссоциируют (распадаются) с образованием гидроксид-ионов (OH^-).

Основания образуют элементы, соответствующие оксиды которых имеют основной характер. Название оснований составляют из слова ‘‘гидроксид’’ и названия элемента с указанием степени окисления, если степень окисления переменна, например: Ca(OH)₂ – гидроксид кальция, Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III).

По растворимости в воде основания делят на две группы – растворимые (щелочи) и нерастворимые. Растворимые основания образуют щелочные и щелочноземельные металлы (прил. 3).

Кислоты. Кислоты – соединения, которые в водных растворах диссоциируют с образованием ионов водорода (H⁺). В формулах кислот атомы водорода ставят на первое место: Н_nЭO_m.

Кислоты имеют традиционные названия, которые производят от русского названия центрального атома с прибавлением различных суффиксов и окончаний, которые определяются степенью окисления центрального атома:

H₂SO₄ – серная кислота;

H₂SO₃– сернистая кислота;

HClO₄ – хлорная кислота;

HClO – хлорноватистая кислота.

В класс гидроксидов не входят бескислородные кислоты (H₂S, HF, HCl, HBr, HI), их называют соответственно сероводородной, фтороводородной, хлороводородной (соляной), бромоводородной, йодоводородной кислотами.

Амфотерные гидроксиды. Амфотерные гидроксиды обладают свойствами оснований и кислот. Формулы и названия амфотерных гидроксидов принято составлять аналогично формулам оснований, однако для удобства им можно придать и форму кислот:

Zn(OH)₂ – гидроксид цинка (или H₂ZnO₂ – цинковая кислота).

Амфотерные гидроксиды нерастворимы в воде.