2.1.2. Основи

Основами називаються речовини, молекули яких складаються з атомів металів та гідрок­сильних (—ОН) груп.

Наприклад, МаОН, Са(ОН)₂, А1(ОН)₃ тощо.

Синонімом терміна «основа» є термін «гідроксид», оскільки гідроксиди мають основні властивості, і їх молекули під час дисоціації (див. «Теорія електролітичної дисоціації») виділяють у розчин йон гідроксиду ОН^-, що обумовлює лужну реакцію середовища.

У назві основ спочатку йде назва електропозитивної складової з позначенням ступеня окис- нення, а потім слово «гідроксид».

Основи найбільш активних металів розчинні у воді і називаються лугами. Найбільш сильні луги (основи лужних металів) у зв'язку з їх здатністю розчиняти («роз'їдати») живі тканини називаються їдкими. Тривіальні назви, які використовуються у побуті та техниці для натрій гідроксиду МаОН — їдкий натр, для калій гідроксиду КОН — їдке калі.

методи одержання основ

Існує кілька методів одержання основ. Їх отримують:

• під час взаємодії найбільш активних металів з водою (утворення лугів):

2Ма + 2Н₂О = 2МаОН + Н₂, Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂;

• під час взаємодії основних оксидів з водою (утворення лугів):

К₂О + Н₂О = 2КОН, ВаО + Н₂О = Ва(ОН)₂;

• під час взаємодії солей з лугами (утворення основи і нової солі):

ГеС1₂ + 2МаОН = Ге(ОН)₂ + 2МаС1, Си80₄ + 2КОН = Си(ОН)₂ + К₂8О₄;

• електроліз розчинів солей (анод нерозчинний графітовий):

2^С1 + 2Н₂0 —— > Н₂Т + С1₂Т + 2NаОН

(натрій гідроксид утворюється в катодному просторі).

хімічні властивості основ

З простих речовин основи можуть реагувати з металами:

Си(ОН)₂ + 2п = 2п(ОН)₂ + Си;

• найбільш характерна для основ — реакція з кислотами (утворення солі і води — реакція нейтралізації):

МаОН + НС1 = МаС1 + Н₂О,

Са(ОН)₂ + 2НМО₃ = Са(МО₃)₂ + 2Н₂О;

• взаємодія з кислотними оксидами (також утворення солі і води):

Ва(ОН)2 + ^ = Ма(МО₃)2 + ЩО;

• реакція з амфотерними оксидами (утворення подвійної солі і води):

Сг₂0₃ + 2NаОН = 2^СЮ₂ + Н₂0 ;

• луги (але не малорозчинні основи) реагують із середніми солями (утворення основи та нової солі):

Ва(ОН)₂ + Ге8О₄ = Ге(ОН)₂^ + Ва8О₄, 2КОН + Си(МО₃)₂ = Си(ОН)₂^ + 2КМО₃;

• луги з кислими солями (утворення середньої солі й води):

КНСО₃ + КОН = К₂СО₃ + Н₂О;

• термічне розкладання малорозчинних основ:

2Ге(ОН)₃ = Ге₂0₃ + 3Н₂0 .

Основи багатовалентних металів (багатокислотні основи) виявляють амфотерні властивості і можуть взаємодіяти з лугами (утворення солі і води, тобто реакція нейтралізації):

А1(0Н)₃ ^ Н₃А10₃ + 3К0Н = К₃А10₃ + 3Н₂0 ,

калій ортоалюмінат

8п(ОН)₄ ^ Н₂80₄ + 4NаОН = Nа₄8п0₄ + 4Н₂0 .

натрій ортостанат

2.1.3. Кислоти

Кислотами називаються складні речовини, молекули яких складаються з атомів Гідроге­ну, здатних заміщатися на атоми металів, і кислотних залишків. Наприклад, Н₂80₄, Н₃Р0₄, НС1, НС10₄.

Розчини кислот мають кислу реакцію та кислі на смак (звідки й походить назва), тобто їх молекули виділяють у розчин йони Гідрогену Н+.

Оксигеновмісні та безоксигенові кислоти

За вмістом кисню в їх кислотному залишку кислоти поділяються на оксигеновмісні (Н₂80₄, НМ0₃) та безоксигенові (НС1, Н₂8).

За кількістю атомів Гідрогену, що здатні заміщатися на атоми металу, кислоти поділяють­ся на одноосновні (НС1, НМ0₃), двохосновні (Н₂80₄, Н₂8) і т. д.

номенклатура кислот

Назви кислот залежать від ступеня окиснення елемента, що утворює кислотний залишок.

Таблиця 2.1

Назви кислот і солей

Кислота		Кислотний залишок		Назва солі
Формула	Назва	Формула (валентність у вигляді риски)	Валентність кислотного залишку
НГ	Фторидна	—Г	І	Фторид
НС1	Хлоридна	—СІ	І	Хлорид
НВг	Бромідна	—Ве	І	Бромід
НІ	Йодидна	—І	І	Йодид
Н28	Сульфідна	=8 —Н8	ІІ І	Сульфід Гідросульфід
н^2	Нітритна	—N02	І	Нітрит
	Нітратна	—N03	І	Нітрат
Н28О3	Сульфітна	=803 —Н803	ІІ І	Сульфіт Гідросульфіт
Н28О4	Сульфатна	=804 —Н804	ІІ І	Сульфат Гідросульфат
Н2СО3	Карбонатна	=С03 —НС03	ІІ І	Карбонат Гідрокарбонат
Н28ІО3	Силікатна	=8І03	ІІ, І	Силікат
НСІО	Хлорнуватиста	—С10	І	Гіпохлорит
нсіо2	Хлориста	—СЮ2	І	Хлорит
нсіо3	Хлорнувата	—СЮ3	І	Хлорат
нсіо4	Перхлоратна хлорна	—СЮ4	І	Перхлорат
Н3Р04	Ортофосфатна	=Р04 =НР04 —Н2Р04	ІІІ ІІ І	Ортофосфат Гідроортофосфат Дигідроортофосфат
НРО3	Метафосфатна	—Р03	І	Метафосфат
Н3ВО3	Боратна	=В03	ІІІ	Борат
НМп04	Перманганатна	—Мп04	І	Перманганат

За правилами ІЮПАК назви кислот утворюються від назви кислотного залишку з додаван­ням суфікса -н- і закінчення -а та слова «кислота».

Наприклад, безоксигенові кислоти: НС1 — хлоридна (СІ^-), Н₂8 — сульфідна (8^2-).

Оксигеновмісні кислоти: Н₂80₄ — сульфатна (8⁶⁺), Н₂80₃ — сульфітна (8⁴⁺), НС10₄ — хлорна (С1⁷+), НМ0₃ — нітратна (№⁺), НМ0₂ — нітритна (№⁺).

Кислоти деяких елементів можуть існувати у двох формах, що відрізняються за кіль­кістю атомів Гідрогену — при максимальній кількості атомів Гідрогену додається префікс орто ортофосфатна кислота (Н₃Р0₄, Р⁵+), при мінімальній — мета метафосфатна кисло­та (НРО₃, Р⁵+). Відомі і такі кислоти, що містять у кислотному залишку два атоми елемента.

В такому випадку застосовується префікс піро піросульфатна кислота (Н₂8₂0₇, 8⁶+), піро-

фосфатна кислота (Н₄Р₂0₇, Р⁵+).

Структура молекул кислот

Речовини, що утворюють безоксигенові кислоти, у вільному стані є газами, розчини яких у воді й утворюють кислоти (тому і неможливо одержати 100 %-ву хлоридну кислоту). Їх формули дуже прості: Н—СІ.

Під час зображення молекул оксигеновмісних кислот необхідно пам'ятати, що їх атоми Гідрогену, що здатні заміщатися металом, зображаються зв'язаними з атомом елемента, що входить до кислотного залишку, через атом Оксигену:

Н₂80₄

н-о.

о

8

н-о' ^о

н-о^

н-о-^о

н-о-"

^о

н—о—сі=о ^о

Н₃Р04

нсіо₄

У пірокислотах атоми елементів кислотного залишку також зв'язані через атом Оксигену:

н-о—8=о

н-о- 8=о

о

^Н2⁸2⁰7

Н4Р207

н-о. н-о- н—о. н—о'

р= о І

р= о

Наведені вище правила написання структурних формул кислот за відомою хімічною фор­мулою дозволяють вирішувати і зворотне завдання — визначення хімічної формули, а, від­повідно, і структурної формули кислот за її назвою. Запишемо формулу йодидної кислоти. Закінчення назви вказує, що атом Йоду в кислотному залишку має найвищий ступінь окис- нення (І+⁷). Оскільки ступінь є непарним, то й основність кислоти також буде непарною (зазвичай вона дорівнює одиниці), тобто формула йодидної кислоти містить одну ОН-групу на три двозв'язаних атоми Оксигену:

н-о—І=о. ^о

хімічні властивості кислот

З простих речовин кислоти, згідно з визначенням, реагують з металами. Протікання цієї реакції залежить від металу, а також від характеру і концентрації кислоти. Активні метали, як правило, заміщають у молекулі кислоти атом Гідрогену в результаті реакції:

і у

Ме⁰ + пН+ ^ Ме^п+ + — Н₂, 2 ²

тобто валентні електрони металу переходять на валентний рівень йона Гідрогену. При цьому атоми металу окиснюються, а йони Гідрогену відновлюються і самі при цьому виступають як окиснювачі.

Такий характер реакції властивий тільки безоксигеновим кислотам, оскільки їх кислотні залишки, маючи заповнений валентний рівень, можуть бути тільки відновниками.

Тому безоксигенові кислоти взаємодіють тільки з більш активними металами, ніж водень.

У молекулах безоксигенових кислот атоми елемента, що входять у кислотний залишок, мають позитивний ступінь окиснення, тому для них більш характерною є окиснювальна здатність. Для атома Нітрогену в нітратній кислоті ця здатність виражена настільки сильно, що під час її взаємодії з металами ніколи не виділяється водень, замість нього утворюються оксиди Нітрогену, азот або амоніак (див. «Нітроген»).

У молекулі сульфатної кислоти (8⁶+) окиснювальні властивості має сульфат-йон тільки у концентрованій кислоті. В цьому випадку реакція проходить у дві стадії:

Н₂8О₄ + Си = СиО + Н₂0 + 8О₂, СиО + Н₂80₄ = Си80₄ + Н₂0.

Деякі метали (А1, Ге) під час окиснювальної дії таких кислот миттєво вкриваються плівками оксидів і далі з кислотами вже не взаємодіють. Цей процес називається пасивацією металів.

Із складних речовин кислоти взаємодіють з оксидами:

— реакція з основними оксидами супроводжується утворенням солі і води:

СиО + Н₂80₄ = Си80₄ + Н₂0, СаО + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂О.

Іноді концентровані кислоти взаємодіють зі своїми ангідридами з утворенням пірокислот:

Н₂8О₄ + 8О₃ = Н₂8₂О₇, 2Н3РО4 + Р2О₅ + Н2О ^ 2Н4Р2О7;

• реакція з основами з утворенням солі і води:

МаОН + НМО₃ = МаМО₃ + Н₂О, Ва(ОН)₂ + 2НС1 = ВаС1₂ + Н₂О;

• реакція з солями з утворенням нової солі та нової кислоти:

А§МО₃ + НС1 = А§С1^ + НМО₃, РЬ(МО₃)₂ + Н₂8О₄ = РЬ8О₄^ + 2НС1;

— термічне розкладання:

4НШ₃ = 4Ш₂ + 2Н₂0 + 0₂

Одержання кислот

Водневі сполуки елементів, що утворюють під час розчинення безоксигенові кислоти, за­звичай одержують з простих речовин:

Н₂ + С1₂ = 2НС1,

Н2 + 8 = Н28;

• оксигеновмісні кислоти утворюються під час взаємодії їх ангідридів (кислотних оксидів) з водою:

  • + Н₂0 = Н₂80₃,

  • + Н₂0 = Н₂80₄.

Слід пам'ятати, що ступінь окиснення елемента в цих реакціях не змінюється:

• під час взаємодії солей з кислотами (утворюється кислота та нова сіль, що повинна бути малорозчинною):

Ва(К0₃)₂ + Н₂80₄ = 2НК0₃ + Ва80₄^, Ва(N0₃)₂ + 2НС1 ^ 2НШ₃ + ВаС1₂ —

а ця реакція не відбудеться, оскільки ВаС1₂ розчинний у воді. 2.1.4. Солі

Солями називаються складні речовини, молекули яких складаються з атомів металів та кислотних залишків.

Молекули розчинних у воді солей розпадаються в розчині на йони металу та йони кислот­ного залишку.

Середні солі

Наведене вище визначення солей відповідає складу лише середніх солей, які можуть бути розглянуті як продукти повного заміщення атомів Гідрогену в молекулах кислот на атоми металу або гідроксильних груп у молекулах гідроксидів кислотними залишками:

^і +н₂80₄ = ^і₂80₄ + н₂,

Са(ОН)₂ + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂.

Кислі та основні солі

При неповному заміщенні атомів Гідрогену в молекулах багатоосновних кислот атомами металів утворюються кислі солі (наприклад, КаН80₄, СаНР0₄), а при неповному заміщенні гідроксильних груп у молекулах багатокислотних основ кислотними залишками — основні солі (наприклад, Са(ОН)С1, Си₂(0Н)₂С0₃).

номенклатура солей

Назви солей складаються з двох слів, з яких першим є метал із зазначенням ступеня окиснення, а другим — кислотний залишок — Ге80₄ — ферум (II) сульфат. Можна також ска­зати сульфат (II). Назви кислотних залишків безоксигенових кислот мають суфікс -ид (-ід) (КС1 — калій хлорид, Ка! — натрій йодид, Сз₂8 — цезій сульфід). Назви кислотних залишків оксигенвмісних кислот мають суфікси:

• якщо елемент має максимальний ступінь окиснення ат (Ка₂80₄ — натрій сульфат);

• якщо елемент має проміжний ступінь окиснення іт (Н₂80₃ — натрій сульфіт).

У табл. 2.1. подані назви кислотних залишків найбільш поширених кислот. У назвах кислих солей перед назвою кислотного залишку вживається префікс гідро-, при цьому за допомогою грецьких числівників зазначається число атомів Гідрогену — КаН₂Р0₄ — натрій дигідрофосфат. У назвах основних солей вводиться префікс гідрокси- — Си₂(0Н)₂С0₃ — купрум (II) дигідроксикарбонат.

Структури молекул солей схематично зображаються таким чином:

• одновалентний метал — одноосновна кислота:

^о

N^N03 н-о-к ;

^о

• двовалентний метал — одноосновна кислота:

^о

Са(МО^ ^Са ^о;

^ о

• одновалентний метал — двохосновна кислота:

Ка2804 ;

ма-о^ -^о

• двовалентний метал — двохосновна кислота:

Са804 Са 8^ ;

^о^ ^ о

• тривалентний метал — двохосновна кислота:

^о

/ 8 Ее-о^ ^о

Ее₂(80₄)₃ 8^ ;

^ ⁴« о

Ее-о^ ^о

а о „о-8-он

— кисла сіль: Са(Н80₄)₂

Са"

о—8—он

оо

он

хімічні властивості солей

З простих речовин солі реагують з металами (якщо метал, що заміщує, активний):

Си8О₄ + Ге = Си^ + Ге8О₄;

• солі безоксигенових кислот взаємодіють з неметалами (якщо неметал, що заміщує, ак­тивніший):

2МаВг + С1₂ = 2МаС1 + Вг₂.

Зі складних речовин:

• з кислотними оксидами (утворення нових солей та оксиду):

^₂С0₃ + 8І0₂ = ^₂8і0₃ + С0₂ Т ;

• з амфотерними оксидами (утворення подвійної солі, оксиду, кисню):

4КШ₃ + 2А1₂0₃ = 4КА10₂ + 4N0₂ Т + 0₂ Т ;

• з лугами (з утворенням нової солі і нової основи):

А1₂(8О₄)₃ + ЗМаОН = 2А1(ОН)₃^ + 3Ма₂8О₄;

• з кислотами (з утворенням нової солі та нової кислоти):

Са(МО₃)₂ + Н₂8О₄ = Са8О₄ + 2НМО₃;

• з солями (з утворенням двох нових солей):

ВаС1₂ + Ма₂8О₄ = Ва8О₄^ + 2МаС1;

• термічне розкладання:

ВаС0₃ ВаО + С0₂.

Кислі солі реагують з основними оксидами та основами:

2МаН8О₄ + Ма₂О = 2Ма₂8О₄ + Н₂О, МаН8О₄ + МаОН = Ма₂8О₄ + Н₂О.

Основні солі реагують з кислотними оксидами та кислотами:

Са(ОН)₂8О₄ + 8О₃ = 2Са8О₄^ + Н₂О, Са(ОН)₂8О₄ + Н₂8О₄ = 2Са8О₄^ + 2Н₂О.

Одержання середніх солей

Одержання середніх солей відбувається:

• з простих речовин — взаємодія металів та неметалів призводить до утворення солей безоксигенових кислот:

2Ге + 3С1₂ = 2ГеС1₃, 2Ма + 8 = Ма₂8;

• з простої та складної речовини: взаємодія солей з металами або неметалами призводить до утворення нової солі та нової простої речовини:

2п + СиС1₂ = 2пС1₂ + Си^, 2ПВГ₂ + С1₂ = 2ПС1₂ + Вг₂Т;

Одержання солей відбувається із складних речовин:

• з основних і кислотних оксидів з утворенням солей кислоти, агідридом якої є кислотний оксид:

3СаО + Р₂О₅ = Са₃(РО)₂, ВаО + 8О₂ = Ва8О₃;

• з основ і кислотних оксидів з утворенням солі та води:

Си(ОН)₂ + 8О₂ = Си8О₄ + Н₂О, 2Ге(ОН)₃ + Р₂О₅ = 2ГеРО₄ + 3Н₂О;

• з основ або основних оксидів і кислот з утворенням солі та води:

МаОН + НМО₃ = МаМО₃ + Н₂О, МдО + 2НС1О₄ = М§(С1О₄)₂ + Н₂О;

• з солей і кислот з утворенням нової солі та нової кислоти:

А§МО₃ + НС1 = А§С1^ + НМО₃, ВаС1₂ + Н₂8О₄ = Ва8О₄^ + 2НС1;

— з двох солей з утворенням двох нових солей:

А§МО₃ + МаС1 = А§С1^ + МаМО₃, СаС1₂ + Ге8О₄ = Са8О₄^ + ГеС1₂.

Шпак М. (наступні 10 сторінок)

Одержання кислих солей

Кислі солі утворюються:

• під час реакцій металів з надлишком багатоосновної кислоти:

Са + 2Н₃РО₄ = Са(Н₂РО₄)₂ + Н₂;

• під час реакцій основних оксидів та гідроксидів з надлишком кислоти:

К₂О + 2Н₂8О₄ = 2КН8О₄ + Н₂О, КОН + Н₂8О₄ = КН8О₄ + Н₂О;

• під час гідролізу солей, утворених сильними основами та слабкими кислотами:

Ма₂СО₃ + Н₂О = МаНСО₃ + МаОН.

Одержання основних солей

Основні солі утворюються:

• під час реакцій кислот з надлишком монокислотного гідроксиду:

НС1 + Са(ОН)₂ = Са(ОН)С1^ + Н₂О;

• під час гідролізу солей, утворених слабкою основою та сильною кислотою:

А1С1₃ + Н₂О = А1(ОН)С1₂^ + НС1.