5.1. Основні класи неорганічних сполук

План

5.1.1. Класифікація неорганічних сполук

5.1.2. Оксиди

5.1.3. Основи

5.1.4. Кислоти

5.1.5. Амфотерні гідроксиди

5.1.6. Солі

5.1.7. Солеподібні бінарні сполуки

5.1.8. Галоген- і тіоангідриди

5.1.9. Металоїди (інтерметалоїди)

Література

/1/ - Романова Н. В. Загальна та неорганічна хімія. – К.: Ірпінь, ВТФ

«Перун», 2002. – 480 с. (Частина 1. Розділ 8. § 7.1-7.9).

/2/ - Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1987. – 704 с.

(Глава 1. § 37).

5.1.1. Класифікація неорганічних сполук

Неорганічні сполуки поділяють на декілька класів за подібністю властивостей та хімічної будови. Віднесення тієї чи іншої сполуки до певного класу буде найправильнішим тоді, коли грунтуватиметься на зіставлянні хімічних властивостей сполук, які, у свою чергу, визначаються складом та природою хімічного зв’язку між відповідними атомами. Ось чому класифікацію неорганічних сполук та їх номенклатуру доцільніше розглядати після вивчення будови молекул та кристалів.

Класифікація неорганічних сполук, як і будь-яка класифікація в науці, не може бути досконалою. Проте вона допомагає робити узагальнення, передбачення, систематизує і полегшує вивчення великого обсягу фактичного матеріалу.

Усі речовини, згідно з номенклатурними правилами ІЮПАК, поділяються на прості і складні.

Прості речовини складаються з одного елемента, і, в свою чергу, включають метали і неметали.

Складні речовини поділяються на класи за складом (двохелементні, або бінарні, і багатоелементні) або за функціональними ознаками.

До бінарних сполук належать оксиди, галогеніди, нітриди, карбіди, гідриди тощо, до тринарних — НNO₃, NaОН тощо.

Найважливішими класами неорганічних сполук за функціональними ознаками є оксиди, кислоти, основи, амфотерні гідроксиди, солі.

5.1.2. Оксиди

Оксидами називаються бінарні оксигеновмісні сполуки, в яких Оксиген виявляє негативний ступінь окиснення. Отже, до оксидів належать майже всі бінарні сполуки елементів з Оксигеном, крім сполуки Оксигену з Флуором — ОF₂. Цю сполуку слід віднести до фторидів, а не до оксидів, оскільки Оксиген в ній має ступінь окиснення +2 (електронегативність Флуору (4) вища за електронегативність Оксигену (3,5)).

За хімічними властивостями оксиди поділяють на солетворні і несолетворні.

Солетворні — це такі оксиди, які в разі перебігу певних хімічних реакцій здатні утворювати солі. Н а п р и к л а д:

СO₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂O;

СаО + 2НСl = СаСl₂ + Н₂O.

Несолетворні — це такі оксиди, які не здатні утворювати солі. Н а п р и к л а д: NO, СО, SіО тощо (таких оксидів відомо мало). Однак несолетворні оксиди беруть участь в інших реакціях, н а п р и к л а д:

2NO + O₂ = 2NO₂.

Солетворні оксиди, в свою чергу, поділяються на основні, кислотні та амфотерні.

Основними оксидами називаються оксиди, гідрати яких є основами. До основних оксидів, як правило, належать оксиди металів (не всі): Lі₂O, Na₂O, К₂O, МgO, МnО, Мn₂O₃, СrO, Lа₂O₃, ВаО, СаО тощо. Основні оксиди здатні реагувати з ангідридами кислот та кислотами і не реагують з основними оксидами та основами. Більшість основних оксидів не вступає у взаємодію з водою, з нею реагують тільки оксиди лужних та лужно-земельних металів і оксид талію(І) з утворенням лугів. Н а п р и к л а д, оксид кальцію СаО реагує за рівнянням

СаО + Н₂O = Са(ОН)₂.

За агрегатним станом основні оксиди – це тверді тіла.

Кислотними оксидами називаються оксиди, які з водою утворюють кислоти. Тому кислотні оксиди часто називають ангідридами кислот. До кислотних оксидів належать: N₂O₃, NO₂, N₂O₅, SO₃, СгO₃, V₂O₅ тощо.

Оксиди типових неметалів мають кислотний характер. До кислотних належать також оксиди деяких металів, що мають ступінь окиснення п’ять і більше (V₂O₅, СrO₃, МnO₃, Мn₂O₇ тощо). Кислотні оксиди не взаємодіють між собою і з кислотами, вступають у реакції з основними оксидами та основами. Н а п р и к л а д:

Са(ОН)₂ + N₂O₃ = Са(NO₂)₂ + Н₂O;

SО₃ + СаО = СаSO₄.

В результаті таких реакцій утворюються солі.

Більшість кислотних оксидів реагує з водою безпосередньо. Н а п р и к л а д:

SО₃ + Н₂O = Н₂SO₄.

Кислотні оксиди бувають переважно в газоподібному і рідкому, а іноді — в твердому стані.

Амфотерні оксиди одночасно виявляють властивості кислотних і основних оксидів: у разі дії на них кислот або ангідридів вони ведуть себе як основні, а в разі дії основних оксидів або основ — як кислотні. Н а п р и к л а д, амфотерний оксид цинку ZnO з натрій гідроксидом і сульфатною кислотою реагує за рівняннями реакцій

ZnО + 2NaОН = Na₂ZnО₂ + Н₂O;

ZnО + Н₂SO₄ = ZnSO₄ + Н₂SO₄.

До амфотерних оксидів належать: Аl₂O₃, ZnO, Сг₂O₃, ВеО, SnО, SnO₂, РbО, РbO₂, МnO₂, UO₃ тощо. Амфотерні оксиди утворюють переважно метали. Вони, як і основні оксиди, за звичайних умов перебувають у твердому стані. Амфотерні оксиди у воді не розчиняються.

Слід пам’ятати, що деякі амфотерні оксиди (Сг₂О₃, Аl₂O₃, ТіO₂ тощо) дуже стійкі проти різних впливів: вони не розчиняються ні у водних розчинах лугів, ні в кислотах. Перевести їх у розчини можна лише сплавлянням з твердими лугами, карбонатами, гідрогенсульфатами (або К₂S₂O₇). Реакції відбуваються за такими рівняннями:

Аl₂O₃ + 6КНSO₄ = 3К₂SO₄ + Аl₂(SO₄)₃ + 3Н₂О↑;

Аl₂O₃ + 3Na₂СO₃ = 2Na₃АlO₃ + 3СO₂↑;

Аl₂O₃ + СаСO₃ = Са(АlO₂)₂ + СO₂↑.

Якщо метал утворює декілька оксидів, то основними, як правило, бувають ті, що виявляють нижчий ступінь окиснення металу. Оксиди з проміжними ступенями окиснення металів здебільшого амфотерні, а оксиди металів із ступенями окиснення 5, 6, 7 майже завжди кислотні. Так, Манган утворює оксиди МnО, Мn₂O₃, МnO₂, (МnO₃) і Мn₂O₇. Перші два з них — основні, МnO₂ — амфотерний, а два останніх — кислотні.

Найчастіше оксиди добувають безпосереднім окисненням елементів киснем, термічним розкладанням основ, кислот і солей, які містять Оксиген. П р и к л а д а м и можуть бути такі реакції:

S + O₂ = SO₂;

Сu(ОН)₂ = СuО + Н₂O;

Н₂SO₄ = SO₃ + Н₂O;

СаСO₃ = СаО + СO₂↑.

Оксиген здатний утворювати сполуки, які називаються пероксидами.

Ступінь окиснення Оксигену в пероксидах може бути – 1, а в супероксидах – 1/2 (Na₂O₂^-1, КО₂^-1/2). Деякі пероксиди за походженням можна віднести до класу солей (від кислоти — пероксиду гідрогену Н₂O₂). Зокрема, пероксиди Na₂O₂, СаO₂ виявляють властивості солей пероксиду гідрогену Н₂O₂.

Існує декілька номенклатурних правил оксидів.

Якщо елемент утворює кілька оксидів, то в їхніх назвах, згідно з номенклатурними правилами ІЮПАК, зазначають ступінь окиснення електропозитивного елемента римською цифрою в дужках після назви сполуки. Н а п р и к ­л а д, FеО — оксид феруму(II), Fе₂O₃ — оксид феруму(ІІІ), СuО — оксид купруму(ІІ). Сu₂O — оксид купруму(І) тощо.

Сучасні вимоги до вимови і запису назви хімічної сполуки такі: вимова і запис назв хімічних елементів будь-якої сполуки здійснюється у тому порядку, в якому вони розміщені у формулі. Н а п р и к л а д, FеО — феруму(II) оксид, СuО — купрум(ІІ) оксид, Сu₂O — купрум(І) оксид тощо.

Подібна послідовність вимови і запису назв хімічних елементів у формулі стосується й інших сполук: основ, солей, солеподібних бінарних сполук, галоген- і тіоангідридів, металоїдів. У більшій частині літератури, крім сучасної, подібні назви не використовуються, а тому не слід вважати це за помилку.

Крім того, розрізняють оксиди за допомогою грецьких числівників, які вказують на кількість атомів Оксигену, що припадає на один атом элемента (гемі-, моно-, сескві-, ді- (ди-), геміпента-, три-, гемігепта-, тетра- тощо). Якщо елемент утворює лише один оксид, його називають просто оксидом, не зазначаючи ступеня окиснення елемента. У назвах пероксидів вживають префікси пер- і супер-. Н а п р и к л а д, ВаO₂ — пероксид барію, КO₂ — супероксид калію.