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 оксидовобразуются 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).
Ккислотам 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 НnА, 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 PO2-- ( вторая ступень)
H PO4 2-- ↔H++ PO43-- (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++ SO42-
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 гидроксидыспособны 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.
Соляминазываются 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 SO42-
(NH4)2 SO4 ×FeSO4 = 2 NH4+ + Fe2+ + 2SO42-
Комплексные соли:образованы комплексным катионом или анионом:
[Cu( NH3) 4] SO4, 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+ + SO42-
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+ + 3SO42-
K3PO4 ↔ 3 K++ PO43-
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)2CO3, FeOHSO4, (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+ + SO42-
Между простыми веществами, оксидами, кислотами, основаниями и солями существует генетическая связь, т.е возможность их взаимного перехода: