3. Классификация неорганических соединений
При классификации необходимо строго придерживаться признаков, по которым она проводится. Простейшим признаком является состав – атомный или элементный. По атомному составу можно выделить одно-, двух- и т.д. атомные (Не; N2 и СО; О3 и NO2 и т.д., соответственно). То же по элементному составу: одноэлементные (Не, N2); двухэлементные (СО, СО2) и т.д.. Кроме того – по названию (виду) одного из элементов или радикалов, входящих в состав ряда соединений: оксиды, сульфиды, гидроксиды, сульфаты и т.д.
По функциональным признакам неорганические соединения подразделяются на классы в зависимости от характерных функций, выполняемых ими в химических ре акциях. Например, широко используется кислотно-основная классификация, связанная с теорией кислот и оснований Аррениуса. В этой теории кислотой называют вещество, которое при диссоциации в воде образует ионы Н+ и анионы, основанием – вещество, образующее при этом ионы ОН– и катионы, при взаимодействии кислоты и основания образуется соль и вода. Таким образом, в соответствии с этой теорией выделяют три группы веществ.
В соответствии с этой же теорией любые сложные вещества могут обладать кислотными, основными или амфотерными свойствами.
Кислотные свойства проявляет вещество, если оно при растворении в воде образует кислоту, а в реакциях с другими веществами отдаёт Н+, образует анион и присоединяет катион.
Основные свойства – противоположны кислотным.
Амфотерность – проявление противоположных свойств одним и тем же веществом (в данном случае и кислотных, и основных).
В качестве примеров приведём классификации оксидов, гидроксидов и фторидов по этому признаку.
Сложные вещества
(неорганические)
Оксиды Основания Кислоты Соли
Оксиды - это сложные вещества, в состав которых входят атомы кислорода и какого-либо другого элемента (ЭХОY). Степень окисления кислорода в оксидах равна -2. Например, Fe2O3 - оксид железа (Ш); CгO - оксид хрома (II) или оксид хрома (+2).
По химическим свойствам оксиды различают:
О
КСИДЫ
основные амфотерные кислотные
образуются металлами Al2O3, BeO, ZnO, PbO, образуются неметалла-
(MgO; CrO; CuO и др) Cr2O3, SnO, SnO2, GeO, ми и металлами в
в степ. окисл. +1, +2 GeO2, Sb2O3, MnO2 и др. высш. степ. окисления.
(CO2; P2O5; Mn2O7.)
Основными оксидами называются такие, которые при взаимодействии с кислотами образуют катион в составе соли и воду. Соединения этих оксидов с водой относят к классу оснований (например, оксиду Na2O соответствует основание NaOH).
Кислотными оксидами называются такие, которые при взаимодействии с основаниями образуют анион в составе соли и воду. Соединения этих оксидов с водой относят к классу кислот (например, оксиду P2O5 соответствует кислота H3PO4, а оксиду Cl2O7 - кислота HClO4).
К амфотерным оксидам относятся такие, которые взаимодействуют с растворами кислот и оснований с образованием соли и воды. Соединения этих оксидов с водой – гидроксиды – могут иметь как кислотные, так и основные свойства (например, амфотерному оксиду ZnO соответствует основание Zn(OH)2 и кислота H2ZnO2 – изменением порядка записи атомов в формуле часто подчеркивают функцию соединения).
При взаимодействии кислотных и основных оксидов между собой образуется соль, катион которой принадлежит основному, а анион – кислотному оксиду.
Таким образом, характерной особенностью оксидов является способность их к образованию солей. Поэтому такие оксиды относятся к солеобразующим. Наряду с солеобразующими существуют и несолеобразующие, или безразличные, оксиды, которые не образуют кислот и солей. Примером могут служить CO, N2O, NO, .SiO.
Если элемент образует оксиды в нескольких степенях окисления, то амфотерные оксиды разделяют основные и кислотные так, что оксиды, соответствующие низшим степеням окисления являются основными, а высшим - кислотными.
Например, марганец образует оксиды:
+2 +3 +4 +6 +7
MnO Mn2O3 MnO2 MnO3 Mn2O7
основные оксиды амфотерный кислотные оксиды
оксид
Для хрома характерны степени окисления: +2, +3 и +6.
Оксиды CrO Cr2O3 CrO3
основной амфотерный кислотный
Химические свойства оксидов
основные
кислотные
1. Основные оксиды взаимодействуют 1. Кислотные оксиды взаимодействуют
с кислотами с образованием соли и воды: с растворимыми основаниями (щелочами)
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O. c образованием соли и воды:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.
2.Оксиды активных металлов взаимо- 2 Кислотные оксиды взаимодействуют
действуют с водой с образованием водой с образованием кислоты:
щелочи: Li2O + H2O = 2LiOH. P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.
3. Основные и кислотные оксиды взаимодействуют между собой
с образованием соли: CaO + CO2 = CaCO3.
а
мфотерные
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием соли и воды:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O ;
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
или ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4].
По отношению к растворению в воде оксиды (и многие другие вещества) подразделяют на растворимые и нерастворимые. Растворимые оксиды и другие вещества, образующие кислоты, называются ангидридами соответствующих кислот (SO3 - ангидрид серной кислоты Н2SO4; Cl2О7 - ангидрид НСlO4).
Пример 7. Какие из перечисленных ниже элементов образуют кислотные оксиды:
Na, Zn, Ba, Ti, B? Составьте формулы этих оксидов.
Решение. Из перечисленных элементов Na, Ba являются типичными металлами, поэтому образуют основные оксиды - Na2O, BaO;
Zn образует амфотерный оксид формула которого - ZnO;
Бор относится к неметаллам, следовательно, его оксид B2O3 является кислотным.
Титан относится к переходным металлам и может проявлять степени окисления +2 и +4, следовательно, в высшей степени окисления +4 титан образует кислотный оксид TiO2.
Пример 8. Для указанных оксидов укажите их характер и напишите формулы соответствующих гидроксидов: CaO, V2O5, PbO, Li2O.
Решение. СаО - оксид кальция - образован металлом, поэтому имеет основной характер, следовательно, соответствующий ему гидроксид - Са(ОН)2;
V2O5 - оксид ванадия (V) - образован переходным металлом в высшей степени окисления, поэтому является кислотным оксидом (ангидридом). Соответствующий гидроксид - ванадиевая кислота - HVO3;
PbO - оксид свинца - является амфотерным оксидом, поэтому ему соответствует как кислота H2PbO2; так и основание - Pb(OH)2.
Li2O – оксид лития - является основным оксидом, так как образован металлом и ему соответствует основание LiOH.
Пример 9. Приведите три примера реакций между оксидом элемента 2-го периода и оксидом элемента 4-го периода.
Решение. Чтобы прошло взаимодействие между двумя оксидами надо, чтобы один из оксидов был основным (или амфотерным) , а другой - кислотным (или амфотерным). Во втором периоде Li2O - основной оксид, ВеО - амфотерный, СО2 и N2O5 - кислотные. В четвертом периоде К2О, СаО, FeO - основные, Сr2O3 - амфотерный, As2O5, CrO3, SeO3 - кислотные оксиды. Уравнения:
СО2 + К2О = К2СО3 ; ВеО + СаО = СаВеО2 ; 3N2O5 + Сr2O3 = 2Сr(NO3)3 .
Гидроксиды - сложные вещества, в состав которых входят одна или несколько гидроксильных групп – Э(ОН)n , ЭОm(OH)n и др.. Такая форма записи применяется, если хотят подчеркнуть основные свойства гидроксида (NaOH, AlO(OH), SO2(OH)2). Если нужно подчеркнуть кислотные свойства, то формулу записывают в другом порядке – НnЭОm (HAlO2, H2SO4). Амфотерные основания называют амфолитами.