2. Сложные вещества

Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом. По составу сложные неорганические вещества подразделяются на двухэлементные (бинарные) и многоэлементные.

Молекулы бинарных соединений состоят из атомов двух химических элементов, к ним относятся оксиды, некоторые кислоты и соли.

Молекулы многоэлементных соединений состоят из атомов трех и более химических элементов, к ним относятся гидроксиды, некоторые кислоты и соли.

1.2.1. Бинарные соединения

К важнейшим бинарным веществам относят соединения элементов с кислородом (оксиды), галогенами (галогениды или галиды), азотом (нитриды), углеродом (карбиды), а также соединения металлов с водородом (гидриды). Их названия образуют из латинского корня названия более отрицательного элемента с окончанием «…ид» и русского названия менее отрицательного элемента в родительном падеже, при этом в формуле бинарного соединения первым записывается символ менее отрицательного элемента в родительном падеже. Например, СаО – оксид кальция, ОF₂ – фторид кислорода (фтор более отрицательный элемент, чем кислород), КBr – бромид калия, Мq₃N₂ – нитрид магния, СаС₂ – карбид кальция (названия водородных соединений неметаллов, обладающих свойствами кислот, образуются по правилам, принятым для кислот.

Если менее отрицательный элемент может находиться в нескольких окислительных состояниях, то после его названия в скобках указывают римскими цифрами степень его окисления. Например, FeCl₂ – хлорид железа (II), FeCl₃ – хлорид железа (III), SF₆ - фторид серы (VI). Можно также вместо степени окисления с помощью греческих числительных приставок (моно…, ди…, три…, тетра…, пента…, гекса… и т.д.) указывать число атомов более отрицательного элемента в формуле соединения. Например, NaCl – монохлорид натрия (приставку «моно…» почти всегда опускают), FeCl₂ – дихлорид железа (II), SF₆ – гексафторид серы.

Соединения элементов с кислородом

Оксидами называют соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород.

Кислород в таких соединениях является более отрицательным элементом, за исключением ОF₂. В зависимости от проявленной степени окисления кислорода в бинарном соединении оксиды подразделяются на нормальные оксиды, пероксиды, супероксиды, озониды.

В молекулах нормальных оксидов кислород проявляет степень окисления –2, и все его атомы непосредственно соединены с атомами других элементов. При составлении названия после слова «оксид» называется элемент, а затем в скобках римскими цифрами указывается его степень окисления, если он при взаимодействии с кислородом проявляет переменную валентность, т.е.

Э₂О – оксид Э (I), Э₂О₅ – оксид Э(V),

ЭО – оксид Э (II), ЭО₃ – оксид Э (VI),

Э₂О₃ – оксид Э(III), Э₂О₇ – оксид Э(VII),

ЭО₂ – оксид Э (IV), ЭО₄ – оксид Э (VIII).

Например, Na₂O – оксид натрия; Cr₂O₃ – оксид хрома (III). Структурные формулы:

Na Cr ==== O

Na₂O O Cr₂O₃ O

Na Cr ==== O

Пероксиды (перекиси) – соединения, в молекулах которых кислород проявляет степень окисления –1. В молекулы этих соединений входит пероксидная группировка -О-О-. Например, Na₂O₂ – пероксид натрия, его структурная формула Na- O-O-Na.

Супероксиды – это оксиды, в молекулах которых кислород проявляет степень окисления –1/2 и атомы кислорода связаны в ион О. Например,NaO₂ – супероксид (надперекись) натрия.

В молекулах озонидов кислород имеет степень окисления –1/3. Например, КО₃ – озонид калия.

По химическим свойствам нормальные оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие, которые, в свою очередь, подразделяются на несколько подгрупп.

Солеобразующие оксиды (кислотные, амфотерные, основные) образуют соли при взаимодействии с кислотами и/или щелочами, им соответствуют гидроксиды (кислоты, основания или амфотерные), содержащие элемент в той же степени окисления.

Несолеобразующие оксиды (безразличные) не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями, т.е. не образуют солей. Наиболее важные из них СО – оксид углерода (II), NO – оксид азота (II), N₂O – оксид азота (I), H₂O₂ – пероксид водорода и некоторые другие.

Подробнее остановимся на свойствах солеобразующих оксидов.

Основными называют оксиды, которые при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами образуют соли.

Химические свойства основных оксидов:

1. Основной оксид + вода щелочь.

С водой взаимодействуют только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, образуя растворимые основания – щелочи.

MqO + H₂O ; K₂O + H₂O 2KOH.

2. Основной оксид + кислота соль + вода

МqO +2HCl MqCl₂ + H₂O.

3. Основной оксид + кислотный/амфотерный оксид соль

BaO + SiO₂ BaSiO₃.

4. Основной оксид + амфотерный гидроксид соль + вода

Na₂O + 2Al(OH)₃ 2NaAlO₂ + 3H₂O.

Кислотными называются оксиды, которые образуют соли в реакциях с основаниями или основными оксидами.

Химические свойства кислотных оксидов:

1. Кислотный оксид + вода кислота.

При растворении в воде кислотных оксидов образуются кислоты, в которых сохраняется степень окисления элемента (искл.: SiO₂ нерастворим в воде)

SO₃ + H₂O H₂SO₄.

2. Кислотный оксид + основание соль + вода

СО₂ + 2NaOH Na₂CO₃ + H₂O.

3. Кислотный оксид + основной/амфотерный оксид соль

3SO₃ + Al₂O₃ Al₂(SO₄)₃.

4. Кислотный оксид_{нелетучий}+сольсоль+кислотный оксид_{летучий}

SiO₂ + CaCO₃ CaSiO₃+ CO₂.

Амфотерныминазывают оксиды, образующие соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. Эти оксиды обладают двойственной природой: они одновременно способны к реакциям, в которые вступают как основные, так и кислотные оксиды, т.е. реагируют и с кислотами и со щелочами:

Al₂O₃ + 6HCl 2AlCl₃ + 3H₂O;

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O 2Na[Al(OH)₄].

К числу амфотерных оксидов относятся оксид алюминия Al₂O₃, оксид хрома (III) Cr₂O₃, оксид бериллия BeO, оксид цинка ZnO, оксид железа (III) Fe₂O₃ и ряд других. Амфотерным оксидам соответствуют как основания, так и кислоты. Так, амфотерному оксиду Al₂O₃ отвечают косвенно получаемые основание Al(OH)₃ и кислоты: ортоалюминиевая H₃AlO₃ и метаалюминиевая HAlO₂, т.е. Al₂O₃ является ангидридом этих кислот:

2HAlO₂ Al₂O₃ + H₂O.

2. Многоэлементные соединения

Среди многоэлементных соединений важную группу составляют гидроксиды – вещества, содержащие группу ОН^-. Некоторые из них (основные гидроксиды) проявляют свойства оснований – NaOH, Ba(OH)₂ и т.д., другие (кислотные гидроксиды) проявляют свойства кислот – HNO₃, H₃PO₄ и т.д., существуют и амфотерные гидроксиды, способные в зависимости от условий проявлять как основные, так и кислотные свойства – Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃ и т.д.

Названия основных гидроксидов составляют из слова «гидроксид» и русского названия элемента в родительном падеже с указанием, если это необходимо, степени окисления элемента (римскими цифрами в скобках). Например, КОН – гидроксид калия, Fe(OH)₂ – гидроксид железа (II), Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III).

Кислотные гидроксиды называют по правилам, установленным для кислот.

К важнейшим классам неорганических соединений (бинарных и многоэлементных), выделяемым по химическим свойствам, относят основания, кислоты, соли.

ОСНОВАНИЯ

Основаниями с позиции теории электролитической диссоциации (ТЭД) являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов ОН^- (других анионов они не образуют), т.е. основные гидроксиды.

Классификация оснований

1. По растворимости в воде основания делятся на растворимые и нерастворимые. К растворимым основаниям относятся гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (щелочи), а также гидроксид аммония NH₄OH. Нераствримые основания образуют все остальные металлы.

2. По количеству гидроксид-ионов ОН^-, содержащихся в молекуле, основания подразделяются однокислотные (КОН, NH₄OH и т.д.), двухкислотные (Ca(OH)₂, Fe(OH)₂ и т.д.), трехкислотные (Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Cr(OH)₃ и т.д.

3. По способности оснований диссоциировать, т.е. полностью или частично распадаться на ионы при растворении в воде, их делят на сильные и слабые. К сильным относят основания щелочных и щелочноземельных металлов. Они при растворении в воде диссоциируют нацело и необратимо. Например,

NaOH Na⁺ + OH^- ; Ba(OH)₂ Ba²⁺ + 2OH^- и т.д.

Слабыми являются основания всех металлов за исключением щелочных и щелочноземельных, а также гидроксид аммония. Эти основания диссоциируют частично и обратимо, а многокислотные ступенчато:

NH₄OH NH+ OH^-;

1) Fe(OH)₃ Fe(OH)+ OH^-;

2) Fe(OH) FeOH²⁺+ OH^-;

3) FeOH²⁺ Fe³⁺ + OH^-.