5. Классификация неорганических веществ по кислотно-основным свойствам

5.1. По кислотно-основным свойствам неорганические соединения подразделяют:

• на основные;

• амфотерные;

• кислотные;

• несолеобразующие (не проявляют кислотно-основных свойств).

Основание

Определение по Аррениусу: химическое соединение, которое в водном растворе частично или полностью диссоциирует на положительные ионы (простые, сложные) и отрицательные гидроксид-ионы.

NaOH Na⁺ + OH^–, NH₃∙H₂O NH₄⁺ + OH^–

гидроксид гидрат аммиака

натрия (гидроксид аммония)

Определение по Бренстеду: химическая частица (молекула, ион), которая при взаимодействии с кислотой (в водном растворе – с молекулой воды) принимает от неё катион водорода, или протон (акцептор протона).

NH₃ + H₂O NH₄⁺ + OH^–

Щелочь – водный раствор сильных оснований – гидроксидов щелочных металлов и щелочноземельных металлов.

Кислота

Определение по Аррениусу: химическое соединение, которое в водном растворе полностью или частично диссоциирует на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка.

HNO₃ H⁺ + NO₃^–, HNO₂ H⁺ + NO₂^–

^{азотная кислота азотистая кислота}

Определение по Бренстеду: химическая частица (молекула, ион), которая при взаимодействии с основанием (в водном растворе – с молекулой воды) отдает катионы водорода, или протоны (донор протона).

HNO₃ + H₂O NO₃^– + H₃O⁺

Амфотерное соединение

Соединение, которое может реагировать как кислота с более сильным основанием и как основание с более сильной кислотой.

Al(OH)₃ + OH^– = [Al(OH)₄]^– , Al(OH)₃ + 3H₃O⁺ = [Al(H₂O)₆]³⁺

Кислота Основание Основание Кислота

Кислотно-основные свойства веществ проявляются по отношению к воде,

а также к кислотам и основаниям.

5.2. Взаимодействие оксидов и гидроксисоединений с водой

Хорошо растворимы в воде типично ионные оксиды и гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов:

IA IIА

Li
Na
K	Ме2О	Ca	MeO
Rb	МеОН	Sr	Me(OH)2
Cs		Ba
Fr		Ra

период

увеличение

растворимости оксидов и

гидроксидов

Подгруппа

Растворяясь, ионные оксиды вступают в химическое взаимодействие с водой, образуя соответствующие гидроксиды:

Na₂O + H₂O → 2NaOH

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

сильно сильное

основный оксид основание

Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов являются сильными основаниями и в воде полностью диссоциируют на катионы металлов и гидроксид-ионы:

NaOH Na⁺ + OH^–

Так как концентрация ОН^— ионов увеличивается, растворы этих веществ имеют сильнощелочную среду (рН>>7); их называют щелочами.

Вторая группа хорошо растворимых в воде оксидов и соответствующих им гидроксисоединений – молекулярные оксиды и кислоты с ковалентным типом химических связей. К ним относятся соединения типичных неметаллов в высшей степени окисления и некоторых d-металлов в степени окисления: +6, +7. Растворимые молекулярные оксиды (SO₃, N₂O₅, Cl₂O₇, Mn₂O₇) взаимодействуют с водой с образованием соответствующих кислот:

+6 +6

SO₃ + H₂O H₂SO₄

оксид серы (VI) серная кислота

сильнокислотный сильная кислота

оксид

+5 +5

N₂O₅ + H₂O 2HNO₃

оксид азота (V) азотная кислота

+7 +7

Mn₂O₇ + H₂O 2HMnO₄

оксид марганца (VII) марганцевая кислота

Сильные кислоты (H₂SO₄, HNO₃, HClO₄, HClO₃, HMnO₄) в растворах полностью диссоциируют на катионы Н⁺ и кислотные остатки:

HNO₃ H⁺ + NO₃^–

Их растворы имеют сильнокислую среду (рН<<7).

Хорошо растворим в воде оксид фосфора (V):

P₂O₅ + H₂O → 2HPO₃ 2H₃PO₄

Образующаяся ортофосфорная кислота средней силы диссоциирует частично в три стадии:

1 стадия: H₃PO₄ H⁺ + H₂PO₄^–

K₁=([H⁺] [H₂PO₄^–])/[H₃PO₄]=7,5∙10^–3;

2 стадия: H₂PO₄^– H⁺ + HPO₄^2–

K₂=([H⁺][HPO₄^2–)/[H₂PO₄]=6,2∙10^–8;

3 стадия: HPO₄^2– H⁺ + PO₄^3–

K₃=([H⁺][PO₄^3–])/[HPO₄^3–]=4,4∙10^–13,

где К₁, К₂, К₃ – константы диссоциации ортофосфорной кислоты соответственно по первой, второй и третьей стадии.

Константа диссоциации (табл.1 приложения) характеризует силу кислоты, т.е. её способность распадаться (диссоциировать) на ионы в среде данного растворителя при данной температуре. Чем больше константа диссоциации, тем больше равновесие смещено в сторону образования ионов, тем сильнее кислота, т.е. по первой стадии диссоциация фосфорной кислоты идет лучше, чем по второй, и соответственно, по третьей стадии.

Умеренно растворимые оксиды серы (IV), углерода (IV), азота (III) и др. образуют в воде соответствующие слабые кислоты, диссоциирующие частично.

CO₂ + H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO₃^–

SO₂ + H₂O H₂SO₃ H⁺ + HSO₃^–

N₂O₃ + H₂O 2HNO₂ H⁺ + NO₂^–

слабо- слабые

кислотные кислоты

оксиды