19Основные классы неорганических веществ

Оксидами называются соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород, имеющий степень окисления -2. По функциональным признакам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные). Солеобразующие оксиды, в свою очередь, подразделяются на основные, кислотные и амфотерные. 

Названия оксидов образуются с применением слова «оксид» и русского названия элемента в родительном падеже с указанием римскими цифрами валентности элемента, например: SO2 – оксид серы (IV), SO3 – оксид серы (VI), CrO – оксид хрома (II), Cr2O3 – оксид хрома (III).

Основными называются оксиды, взаимодействующие с кислотами (или с кислотными оксидами) с образованием солей.

 К основным оксидам относятся оксиды типичных металлов, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований (основные гидроксиды), причем степень окисления элемента не изменяется при переходе от оксида к гидроксиду.

Кислотными называются оксиды, взаимодействующие с основаниями (или основными оксидами) с образованием солей.

 Кислотные оксиды представляют собой оксиды неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окисления, им соответствуют кислотные гидроксиды, обладающие свойствами кислот. Например,S+6O3 → H2S+6O4; N2+5O5 → HN+5O3, причем степень окисления элемента не изменяется при переходе от оксида к гидроксиду

Элементы, проявляющие в соединениях металлические и неметаллические свойства, называются амфотерными, к ним относятся элементы главных подгрупп периодической системы – Be, Al, Ga, Ge, Sn, Pb,Sb, Bi, Po и др., а также большинство элементов побочных подгрупп – Cr, Mn,Fe, Zn, Cd, Au и др.

Амфотерные оксиды обладают двойственной природой; они одновременно способны к реакциям, в которые вступают как основные, так и кислотные оксиды, т.е. реагируют и с кислотами (кислотными оксидами) и со щелочами (основными оксидами) с образованием двух рядов солей

Основаниями (основными гидроксидами) с позиции теории электролитической диссоциации являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов ОН-.

По современной номенклатуре их принято называть гидроксидами элементов с указанием, если необходимо, валентности элемента (римскими цифрами в скобках): КОН – гидроксид калия, гидроксид натрия NaOH, гидроксид кальция Ca(OH)2, гидроксид хрома (II) – Cr(OH)2, гидроксид хрома (III) – Cr(OH)3.

Гидроксиды металлов принято делить на две группы: растворимые в воде (образованные щелочными и щелочноземельными металлами - Li, Na, K, Cs, Rb, Fr, Ca, Sr, Ba и поэтому называемые щелочами) инерастворимые в воде. Основное различие между ними заключается в том, что концентрация ионов ОН- в растворах щелочей достаточно высока, для нерастворимых же оснований она определяется растворимостью вещества и обычно очень мала. Тем не менее, небольшие равновесные концентрации иона ОН- даже в растворах нерастворимых оснований определяют свойства этого класса соединений.

По числу гидроксильных групп (кислотность), способных замещаться на кислотный остаток, различают:

- однокислотные основания – KOH, NaOH;

- двухкислотные основания – Fe(OH)2, Ba(OH)2;

- трехкислотные основания – Al(OH)3, Fe(OH)3

Кислотами (кислотными гидроксидами) с позиции теории электролитической диссоциации называются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода.

Кислоты классифицируются по их силе, по основности и по наличию или отсутствию кислорода в составе кислоты.

По силе кислоты делятся на сильные и слабые. Важнейшие сильные кислоты – азотная HNO3, серная H2SO4, и соляная HCl.

По наличию кислорода различают кислородсодержащие кислоты (HNO3, H3PO4 и т.п.) и бескислородные кислоты (HCl, H2S, HCN и т.п.).

По основности, т.е. по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться атомами металла с образованием соли, кислоты подразделяются на одноосновные (например, HNO3,  HCl), двухосновные (H2S, H2SO4), трехосновные (H3PO4)

Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от положения элемента в периодической системе и его степени окисления

 

Слева направо по периоду у элементов происходит ослабление металлических свойств, и усиление неметаллических свойств, основные свойства оксидов ослабевают, а кислотные свойства оксидов возрастают.По главным подгруппам неметаллические свойства элементов ослабевают, а металлические усиливаются, поэтому: сверху вниз по главной подгруппе возрастают основанные свойства оксидов, а кислотные ослабевают.

Обратите внимание! Если один и тот же элемент образует несколько оксидов с разными степенями окисления, то чем выше степень окисления элемента в оксиде, тем выше его кислотные свойства.

Например:   и   – первый оксид основной, а второй амфотерный.    ,   – первый оксид основной, второй – амфотерный, последний – кислотный.

 

. Характер изменения свойств оснований в зависимости от положения металла в периодической системе и его степени окисления

 

По периоду слева направо наблюдается постепенное ослабление основных свойств гидроксидов.

Например,   более слабое основание, чем  , но более сильное основание, чем  .

По главным подгруппам сверху вниз сила оснований возрастает. Так,   – более сильное основание, чем  , но   – более сильное основание, чем  .

Если металл образует несколько гидроксидов, находясь в различной степени окисления, то чем выше степень окисления металла, тем более слабыми основными свойствами обладает гидроксид.

Так,   более слабое основание, чем  .

 

. Зависимость силы кислот от положения элемента в периодической системе и его степени окисления

 

По периоду для кислородосодержащих кислот слева направо возрастает сила кислот.

Так,   более сильная, чем  ; в свою очередь,   более сильная, чем  .

По группе кислородосодержащих кислот сверху вниз сила кислот уменьшается. Так угольная   более сильная, чем кремниевая    

Чем выше степень окисления кислотообразующего элемента, тем сильнее кислота:

,серная кислота сильнее, чем сернистая.

Сила бескислородных кислот в главных подгруппах с ростом атомного номера элемента возрастает:

,

СИЛА       КИСЛОТ     РАСТЕТ

По периоду слева направо сила бескислородных кислот возрастает. Так   более сильная кислота, чем  , а   – чем 

20Скорость химической реакции равна изменению количества вещества в единицу времени в единице реакционного пространства. Гомогенной называется реакция протекающая в однородной среде. Гетерогенной называется реакция, протекающая на границе раздела фаз, например твердой и жидкой, твердой и газообразной. Vпрям= -dc\dτ Vобр= dc\dτ. Vпрям=Кпр[А]^а*[В]^в Vобр= Кобр[D]^d*[L]^l. Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществвзятых в коэффициентах перед формулами-закон действующих масс.. Концентрация-это количество вещества в единице массы или объема.

Химические реакции очень редко бывают простыми. Большинство из них включает сложную последовательность отдельных стадий - так называемых элементарных реакций. Что представляют собой элементарные реакции? На простейшем уровне можно сказать, что реакция, которую нельзя разбить на более простые, называется элементарной. Существует и другое определение, имеющее более ясный химический смысл:

Элементарная химическая реакция - это единичный акт разрыва и (или) образования химических связей.

Молекулярность элементарной реакции — число частиц, которые, согласно экспериментально установленному механизму реакции, участвуют в элементарном акте химического взаимодействия.

Мономолекулярные реакции — реакции, в которых происходит химическое превращение одной молекулы (изомеризация, диссоциация и т. д.):

H2S → H2 + S

Бимолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении двух частиц (одинаковых или различных):

СН3Вr + КОН → СН3ОН + КВr

Тримолекулярные реакции — реакции, элементарный акт которых осуществляется при столкновении трех частиц:

О2 + NО + NО → 2NО2

Реакции с молекулярностью более трёх неизвестны.

Порядок реакции по данному веществу — показатель степени при концентрации этого вещества в кинетическом уравнении реакции. Для простых реакций равен стехиометрическому коэффициенту.

21 Скорость любой реакции возрастает при увеличении температуры. По правилу Ван-Гоффа - С повышением температуры на 10С скорость реакций возрастает в 2-4 раза.

увеличение скорости объясняется, тем, что возрастает скорость движения молекул, а следовательно и количество столкновений в единицу времени. Энергией активации – наз. избыток энергии по сравнению со средней энергией молекул при данной температуре, которым они должны обладать, чтобы произошла реакция между ними, энергия, необходимая для перехода вещества в состояние активированного комплекса. Возможность образования активированного комплекса, а соответственно и хим. взаимодействия, определяется энергией молекул. Молекула, энергия которой достаточна для образования активированного комплекса, называется активной. С ростом температуры растёт доля этих частиц и соответственно скорость реакции. С увеличением энергии активации уменьшается доля активных молекул и скорость реакцииУравнение Аррениуса описывает более строгую зависимость скорости от температуры. , k – константа скорости, Т – абсолютная температура, K; R – газовая постоянная, А – стерический множитель, который пропорционален количеству столкновений. Катализаторы – вещества, изменяющие скорость реакции, но не расходующиеся в процессе реакции. Могут увеличивать скорость реакции (активаторы) или замедлять (ингибиторы). Бывают твердыми, жидкими и газообразными. Гомогенный катализ. Реагирующие вещества и катализатор образуют однородную, однофазную систему. Например: 2SO₂+O₂=2SO₃ Механизм катализа объясняется образованием промежуточного соединения катализатора с одним из реагирующих веществ. Схема действия катализатора в две стадии O₂+2NO_{(катализатор)}=2NO_{(пром. соединение)}

NO₂+SO₂=SO_{3 (продукт)}+NO_{(катализатор)}. Геторогенный катализ. Реагирующие вещества и катализатор составляют неоднородную, многофазную систему, в которой катализатор находится в виде отдельной фазы. Примеры: синтез аммиака

Реакции делятся на экзотермические(энергия выд.) и эндотермические(энергия погл)