(порівняйте з продуктами електролізу розплаву натрій хлориду). Цей спосіб є одним із промислових способів добування лугів.

Гідролізу може піддаватися тільки катіон із солі. Наприклад, у випадку електролізу ферум(II) сульфату (правила 1 та 5):

FeSO4↓+ H2O

(—) Катод ←Fe2+ +H+ +SO24− +OH− → Анод (+)

Fe2+ + 2e = Fe0 4OH− −4e = O20 +2H2O.

Сумарне рівняння реакції

2FeSO4 +2H2O = Fe0 +O20 +2H2SO4 .

У результаті на катоді утворюється залізо (хоча побічним процесом також може бути виділення газуватого водню), на аноді виділяється газуватий кисень, а в розчині залишається сульфатна кислота.

І, нарешті, випадок, коли ні катіон, ні аніон солі не піддається електролізу. Наприклад, калій нітрат (правила 1 та 4):

Сумарне рівняння реакції

2H2O = 2H20 +O20.

У цьому разі ні катіони металу, ні аніон оксигеновмісної кислоти не розряджаються. На катоді виділяється водень, а на аноді — кисень. Фактично електроліз розчину калій нітрату зводиться до електролітичного розкладу води.

Розгляньмо також випадок електролізу купрум(ІІ) хлориду, тільки не з інертними електродами, а з активними. Якщо як електроди взяти мідні пластинки, то в цьому разі на катоді також буде виділятися мідь, а на аноді, де відбуваються процеси окиснення, замість розрядки хлоридіонів і виділення хлору протікає окиснення анода (міді). У цьому разі продукти окиснення анода — йони Cu2+ переходять у розчин, а досягаючи катода, осідають на ньому:

CuCl↓ 2

Таким чином, електроліз розчину купрум(ІІ) хлориду з розчинним анодом зводиться до окиснення матеріалу анода (його розчинення) й супроводжується перенесенням металу з анода на катод.

У промисловості цей процес використовують для електрохімічного очищення (рафінування) міді. Один електрод у вигляді тонкого дроту виготовляють із хімічно чистої міді, а другий електрод роблять із болванок чорнової міді, отриманої при виплавці. Після підключення джерела електричного струму чорнова мідь (анод) розчиняється,

а чиста мідь осідає на іншому катоді. У підсумку одержують мідь із досить високим ступенем очищення.

ОснОвні класи неОрганіЧних спОлук

Оксиди

поняття про оксиди

Оксиди — це різновид бінарних сполук. Бінарні сполуки поділяють на певні типи за елементом, який стоїть у хімічній формулі на другому місці. Сполуки з Оксигеном називають «оксидами»: від назви хімічного елемента «Оксиген». Друга частина слова «оксид» — частка «ид» — походить від латинського слова eidos — «різновид». Аналогічно називають інші типи бінарних сполук: сульфіди (сполуки із Сульфуром), хлориди (сполуки із Хлором), карбіди (сполуки з Карбоном) тощо.

Оксиди — це складні речовини, що склада­ ються з атомів двох хі мічних елементів, один з яких Оксиген.

кількісний склад та назви оксидів

Залежно від валентності хімічного елемента, який утворює оксид, склад оксидів може бути описаний за допомогою формул: E2O, EO, E2O3, EO2, E2O5, EO3, E2O7, EO4. Символ елемента Оксигену завжди записують на другому місці.

Назви оксидів складаються з двох слів: перше — назва хімічного елемента, який утворює оксид, у називному відмінку, а друге — слово «оксид». Якщо елемент виявляє постійну валентність, то в назві оксиду його валентність не вказують:

Na2O — натрій оксид; MgО — магній оксид; Al2O3 — алюміній оксид.

Якщо елемент може виявляти різні валентності й утворювати кілька оксидів, то в назві оксиду після назви елемента вказують значення його валентності римською цифрою в дужках:

CO — карбон(II) оксид;

CO2 — карбон(IV) оксид;

SO2 — сульфур(IV) оксид;

SO3 — сульфур(VI) оксид.

Назви оксидів неметалічних елементів іноді записують без зазначення валентності, а тільки вказуючи число атомів Оксигену в молекулі

грецькими числівниками (моно, ді, три тощо). Наприклад, NO — нітроген монооксид, CO2 — карбон діоксид, SO3 — сульфур триоксид. Іноді співвідношення атомів не є цілими числами, у цьому разі ще використовують префікс «гемі», що означає «половина». Так, N2O — нітроген геміоксид (у цьому разі мається на увазі, що на один атом Нітрогену припадає половина атома Оксигену), N2O5 — нітроген геміпентаоксид (на один атом Нітрогену припадає «половина від п’яти», тобто два з половиною атоми Оксигену).

Будова та фізичні властивості оксидів

Серед оксидів трапляються речовини і молекулярної, і немолекулярної будови. Структура оксидів обумовлює і їхні фізичні властивості. У більшості випадків оксиди неметалічних елементів мають молекулярну будову, а оксиди металічних елементів — немолекулярну будову.

Оксиди металічних елементів мають немолекулярну будову. Це тверді речовини з високою температурою плавлення й кипіння. У більшості випадків вони не розчиняються у воді. Крім оксидів активних металічних елементів (лужних та лужноземельних металів), які активно реагують з водою.

Оксиди неметалічних елементів у більшості випадків мають молекулярну будову. Їхні температури плавлення й кипіння невеликі. Оксиди неметалічних елементів трапляються у твердому, рідкому й газоподібному станах. Силіцій оксид (атомна кристалічна ґратка) та фосфор(V) оксид (молекулярна кристалічна ґратка) — тверді речовини. Газуватих оксидів значно менше. Усі вони є речовинами з молекулярною будовою й утворені неметалічними елементами. Серед них нітроген(ІV) оксид і нітроген(ІІ) оксид, карбон(ІV) оксид і карбон(ІІ) оксид, сульфур(ІV) оксид тощо. Кілька оксидів за звичайних умов перебувають у рідкому стані. Це також оксиди неметалічних

елементів: H2O, N2O3, SO3, Cl2O3, Cl2O7, Mn2O7

(хоча останній є оксидом металічного елемента, але він також має молекулярну будову).

застосування оксидів

Уприродііснуєблизькотрьохсотоксидів.Багато

зних використовують на практиці. Оксиди багатьох металівєсировиноюдлядобуванняметалів—заліза, алюмінію, свинцю, міді тощо. Кварц та кварцовий пісок є сировиною для виробництва скла. Скло із чистого кварцу є дуже цінним матеріалом, оскільки воно пропускає ультрафіолетове випромінювання

(лампи з кварцового скла використовують у солярії). Окрім того, пісок та багато інших оксидів є цінними будівельними матеріалами. Алюміній оксид утворює дуже твердий мінерал корунд, який використовують як абразивний матеріал

для обробки металічних, керамічних та інших поверхонь. Багато оксидів є основою різних фарб: ферум(ІІІ) оксид — коричневої (вохра), хром(ІІІ) оксид — зеленої, титан(IV) оксид і цинк оксид — білої (титанові та цинкові білила).

класифікація оксидів

кислотні оксиди

Оксиди можна назвати родоначальниками деяких інших класів сполук. Залежно від елемента, який утворює оксид, з них можуть утворюватися кислоти або основи. За цим принципом оксиди поділяють на три групи: кислотні, основні та несолетворні.

Усі кислотні оксиди, за винятком силіцій оксиду SiО2, реагують із водою. Продукти реакції також виявляють кислотні властивості і є кислотами:

SO3 +H2O → H2SO4 (або SO3 H2O);

CO2 +H2O → H2CO3 (або CO2 H2O);

N2O5 +H2O →(H2N2O6 ) →2HNO3 (або N2O5 H2O).

Оксиди, яким відповідають кислоти, назива­ ють кислотними оксидами.

Більшість кислотних оксидів — це оксиди неметалічних елементів. Але кислотні оксиди здатні утворювати й металічні елементи, якщо ці елементи можуть виявляти дуже високі валентності, вищі, аніж 4. Так, до кислотних оксидів належать

CrО3, Mn2O7.

Кислотні оксиди ще називають ангідридами кислот. Слово «ангідрид» буквально означає безводнена кислота (від ан — «без» та грец. гі­ дор — «вода»). Слова «ангідрид» та «кислотний оксид» — синоніми. Кожній оксигеновмісній кислоті відповідає кислотний оксид.

Кислоти й відповідні ангідриди

Основні оксиди

Оксиди, яким відповідають основи, назива­ ють основними оксидами.

До основних оксидів належать оксиди металічних елементів. Це, як правило, оксиди одно-, дво- і тривалентних металів.

Більшість основних оксидів з водою не взаємодіють. У реакцію з водою вступають лише ті оксиди, яким відповідають луги:

Na2O +H2O →2NaOH (або Na2O H2O);

BaO +H2O →Ba(OH)2 (або BaO H2O).

Основні оксиди й відповідні основи

несолетворні оксиди

Відомі оксиди, яким не відповідає ані кисло­ та, ані основа, їх називають несолетворними.

До них належать карбон(ІІ) оксид CO, нітроген(ІІ) оксид NO, нітроген(I) оксид N2O та деякі інші. Вони являють собою гази, малорозчинні у воді, і не вступають із нею в хімічні реакції. Усі інші оксиди (кислотні й основні) називають солетворними.

добування оксидів

із простих речовин

Найбільш простий спосіб добування оксидів — це взаємодія простих речовин з киснем:

S +O2 → SO2 ;

2Mg +O2 →2MgO.

Майже всі прості речовини взаємодіють із киснем. Багато з них взаємодіють досить бурхливо, з виділенням великої кількості теплоти й світла, тобто горять.

Більшість металів взаємодіють із киснем досить повільно. Наприклад, мідь, залізо або ртуть необхідно прожарювати тривалий час, щоб вони повністю прореагували. З такими речовинами реакція проходить значно краще, якщо для неї брати чистий кисень:

2Cu +O2 t→2CuO; 4Fe +3O2 t→2Fe2O3 ; 2Hg +O2 t→2HgO.

Деякі прості речовини взагалі не реагують із киснем. Серед металів — це платина й золото, а серед неметалів — інертні гази (неон, аргон тощо) і галогени (хлор, бром, йод).

добування зі складних речовин

Велика кількість складних речовин також здатні горіти в кисні. Під час горіння складної речовини утворюються оксиди всіх елементів, з яких складається ця речовина. Наприклад, унаслідок горіння метану CH4 утворюються два оксиди: карбон(IV) оксид та гідроген оксид:

CH4 +2O2 → CO2 +2H2O.

Сірководень H2S — газ із запахом гнилих яєць — згорає в кисні також з утворенням двох оксидів: сульфур(IV) оксиду та гідроген оксиду:

2H2S +3O2 →2SO2 +2H2O.

Для промисловості велике значення мають реакції згорання сульфідів металів, тому що під час цих реакцій утворюються два цінних оксиди — сульфур(IV) оксид та оксиди металічних елементів. Останні використовують для добування чистих металів:

4FeS +7O2 →2Fe2O3 +4SO2; 2PbS +3O2 →2PbO +2SO2 .

З киснем також можуть взаємодіяти деякі оксиди. Елементи зі змінною валентністю здатні утворювати кілька оксидів. У цьому разі оксид з нижчою валентністю елемента може взаємодіяти з киснем з утворенням оксиду з вищою валентністю. Наприклад, Фосфор здатний утворювати фосфор(III) оксид (нижчий оксид) та фосфор(V) оксид (вищий оксид). У цьому разі нижчий оксид P2O3 здатний взаємодіяти з киснем з утворенням вищого оксиду P2O5:

P2O3 +O2 → P2O5.

Аналогічно ферум(II) оксид може взаємодіяти з киснем з утворенням ферум(IІІ) оксиду:

2FeO +O2 =2Fe2O3 .

дегідратація гідратів оксидів

Оксиди можна добувати також розкладанням (дегідратацією) гідратів оксидів: гідратів кислотних оксидів (кислот) та гідратів основних оксидів (гідроксидів):

Mg(OH)2 t→MgO +H2O;

2Fe(OH)3 t→Fe2O3 +3H2O.

Такі реакції відбуваються при прожарюванні майже всіх гідроксидів, за винятком гідроксидів лужних елементів (Натрію та Калію). У такий спосіб можна добути оксиди навіть тих елементів, які у вигляді простих речовин не реагують із киснем, наприклад Ауруму:

2Au(OH)3 t→Au2O3 +3H2O.

Дегідратацію оксигеновмісних кислот (гідратів кислотних оксидів) проводять нагріванням

у присутності фосфор(V) оксиду (речовини, що «жадібно» поглинає воду):

H2SO4 t→SO3 +H2O;

2HNO3 t→N2O5 +H2O.

Такі кислоти, як карбонатна H2CO3, сульфітна H2SO3 та силікатна H2SiО3, легко перетворюються в оксиди навіть при незначному нагріванні:

H2SiO3 →SiO2 ↓ + H2O.

H2CO3 →CO2 ↑ + H2O.

термічний розклад солей

Оксиди також утворюються при розкладанні деяких солей оксигеновмісних кислот. При прожарюванні багатьох таких солей утворюються два оксиди: основний і кислотний (ангідрид кислоти, залишок якої утворює сіль).

CaCO3 t→CaO +CO2 ;

ZnSO3 t→ZnO +SO2.

Такі реакції протікають у тому випадку, якщо один із продуктів реакції (оксидів) є летким, наприклад SO2, CO2, SO3. А солі, утворені нелеткими

оксидами, при прожарюванні не розкладаються, а лише плавляться. Якщо оксид, що утворюється при розкладанні, сам є термічно нестійкий, то утворюються ще й продукти його розпаду, наприклад:

Cu(NO3 )2 t→CuO +N2 O5 ;

NO2 O 2 або Cu(NO3 )2 t→CuO +2NO2 +O2.

Ag2CO3 t→ Ag2O +CO2 ;

Ag O 2

або 2Ag2CO3 t→4Ag +2CO2 +O2.

Розкладанню при прожарюванні не піддаються солі Натрію та Калію. При нагріванні вони починають плавитися, а якщо й розкладаються, то за іншим принципом. Деякі із цих реакцій використовують у лабораторії для добування кисню:

2NaNO3 t→2NaNO2 +O2 ; 2KClO3 t→2KCl +3O2;

2KMnO4 t→K2MnO4 +MnO2 +O2.