2. Гідроксиди

Більшість оксидів прямо чи посередньо здатні утворювати гідратні сполуки  гідроксиди. Залежно від їх хімічного характеру це можуть бути основи, кислоти або амфотерні гідроксиди.

Залежно від хімічної природи гідроксиди по-різному дисоціюють під дією полярних молекул води, що й дає можливість віднести їх до основ, кислот або амфотерних гідроксидів.

Дисоціація гідратних сполук може відбуватися за такими схемами:

1. за типом основи: Е(ОН)_х Е^х+ + хОН^ ;

2. за типом кислоти: Н_хЕО_у хН⁺ + ЕО_у^х ;

3. для амфотерного гідроксиду:

Е^х+ + хОН^ Е(ОН)_х хН⁺ + хЕО_х^х.

Характер дисоціації гідроксиду залежить від енергії, потрібної для розриву хімічного зв’язку між Е^х+ та О^2 або між О^2 та Н⁺.

Основами називають гідратні сполуки основних оксидів. Загальна формула основ М(ОН)_х, де М  метал, наприклад: NaОН, KОН, Са(ОН)₂, Fe(OH)₂, Со(ОН)₂, Іn(OH)₃ тощо. Основою також називають водний розчин амоніаку NH₃H₂O (умовна формула NH₄ОН).

Подібно до основних оксидів, основи здатні утворювати солі з кислотами та ангідридами кислот; між собою вони не реагують.

Основи, розчинні у воді, називають лугами. До них відносять гідратні сполуки лужних і лужноземельних металів (LiOH, NaОН, KОН, Са(ОН)₂, Ва(ОН)₂), а також гідроксид Талію.

На сьогодні такі основи, як AgOH, HgOH i Hg(OH)₂ у вільному стані не виділено.

До головних способів одержання основ належать:

1. безпосереднє сполучення основного оксиду з водою (під час утворення лугу): Na₂O + H₂O = 2NaOH

2. взаємодія лужного або лужноземельного металу з водою (порівняно малопоширений спосіб):

Na + H₂O = 2NaOH + H₂

3. взаємодія солей з лугами: CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ ↓+ Na₂SO₄

4) електроліз водних розчинів солей: 2NaCl + 2H₂O= H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH

Кислотами називають гідратні сполуки кислотних оксидів (оксигенвмісні кислоти), а також водні розчини деяких гідрогенних сполук неметалів безоксигенні кислоти: H₂S, HCl, HBr, HCN, HI тощо). Вони мають іон Гідрогену Н⁺, здатний заміщуватись катіоном металу або амонійною групою NH₄⁺ під час утворення солі.

Загальна формула оксигенвмісних кислот H_xE_nO_y, наприклад, HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄, H₂Cr₂O₇ тощо.

Основність кислоти визначається кількістю атомів Гідрогену в молекулі кислоти, які можуть бути заміщені на катіон металу (або на групу NH₄⁺). Розрізняють одноосновні (наприклад, HCl, HBr, HNO₃), двохосновні (наприклад, H₂SO₄, H₂SO₃, H₂S, H₂CO₃), трьохосновні (наприклад, H₃PO₄, H₃AsO₄) або чотирьохосновні (наприклад, H₄SiO₄) кислоти.

Іноді кількість атомів Гідрогену в молекулі кислоти не відповідає її основності. Це стосується зокрема органічних кислот, наприклад, ацетатна кислота (Н₄С₂О₂)  одноосновна:

О

Н₃С  С

О  Н

Оксигенвмісну кислоту можна подати як nЕ_xО_у  mH₂O, де х та у залежать від ступеня окиснення елемента Е, а n та m – від типу кислоти. Залежно від співвідношення між кількістю молекул ангідриду і води розрізняють метакислоти, ортокислоти, пірокислоти та полікислоти.

Метакислота – це хімічна сполука, яка містить одну молекулу ангідриду та одну молекулу води (незалежно від способу її утворення), наприклад,

H₂CO₃  СО₂  Н₂О.

Ортокислоту можна розглядати як хімічну сполуку, утворену однією

молекулою метакислоти та однією молекулою води, наприклад:

НРО₃  Н₂О  H₃PO₄

метакислота ортокислота

або Р₂О₅  3Н₂О  2H₃PO₄.

Пірокислотами називають похідні орто- та метакислот, що утворилися внаслідок віднімання однієї молекули води від двох молекул кислоти:

2H₃PO₄  H₄P₂O₇ + Н₂О;

2H₂SiO₃  H₂Si₂O₅ + Н₂О.

Полікислоти – це хімічні сполуки двох (іноді трьох або більше) молекул ангідриду з однією або кількома молекулами води, наприклад:

H₄Si₃O₈ або 3SiО₂  2Н₂О;

H₂B₄O₇ або 2В₂О₃  Н₂О.

Значну кількість полікислот утворюють Силіцій, Вольфрам, Молібден та деякі інші елементи.

До найпоширеніших способів одержання кислот належать:

• безпосередня взаємодія кислотного оксиду з водою:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃

• взаємодія солі слабкої кислоти з сильною кислотою:

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = H₂SiO₃↓ + Na₂SO₄

• Безоксигенвмісні кислоти одержують безпосередньою взаємодією водню з неметалом та наступним розчиненням одержаної сполуки у воді:

Cl₂ + H₂ = 2HCl

S + H₂ = H₂S

2. Солі

Солі – продукти повного або часткового заміщення атомів Гідрогену кислоти атомами металу, амонійною групою NH₄⁺ або гідроксокатіонами FeOH⁺, Fe(OH)₂⁺, ZnOH⁺, CuOH⁺ тощо. Крім катіонів металу, амонію або гідроксокатіонів, солі містять аніони кислотних залишків.

Розрізняють три типи солей: середні, кислі та основні.

Середні солі – продукти повного заміщення атомів Гідрогену кислоти металом (або групою NH₄⁺). Ці солі можна розглядати як продукт повного заміщення гідроксильних груп основи кислотними залишками, наприклад: NH₄Cl, CuCl₂, Fe₂(SO₄)₃ та ін.

Кислі солі – продукти неповного заміщення атомів Гідрогену багатоосновної кислоти атомами металу або амонійною групою. Приклади кислих солей: калію гідросульфід  KHS, амонію гідросульфат  NH₄HSO₄, натрію гідрокарбонат  NaHCO₃, феруму (ІІ) гідрокарбонат  Fe(HCO₃)₂, калію дигідрофосфат  KН₂РО₄ тощо. Кислі солі за хімічними властивостями дещо нагадують кислоти, тому під впливом лугів вони перетворюються на середні:

KH₂PO₄ + 2KOH = K₃PO₄ + 2H₂O,

тобто відбувається реакція нейтралізації кислої солі.

Наявність у формулі солі атомів Гідрогену ще не означає, що вона належить до кислих солей: у деяких сполуках не всі атоми Гідрогену кислоти здатні заміщуватись на атоми металу. Наприклад, сіль Na₂HРO₃ – середня, оскільки кислота Н₃РО₃ двохосновна, і на метал можуть заміщуватись лише два атоми Гідрогену.

Основні солі – продукт неповного заміщення гідроксильних груп основи аніонами кислотних залишків. Наприклад, купруму (II) гідроксохлорид  (CuОН)Cl, феруму (ІІI) гідроксокарбонат  (FeОH)CO₃, цинку гідроксосульфат 

(ZnOH)₂SO₄ тощо. Основні солі за хімічними властивостями дещо нагадують відповідні основи:

(ZnOH)₂SO₄ + H₂SO₄ = 2ZnSO₄ + 2H₂O,

тобто відбувається реакція нейтралізації основної солі.

Відомо багато способів одержання середніх солей, але практично використовують такі:

• взаємодія основних або амфотерних оксидів з кислотними оксидами:

Na₂O + SO₃ = Na₂SO₄

ZnO + N₂O₅ = Zn(NO₃)₂

• реакції основних або амфотерних оксидів з кислотами:

Na₂O + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O

• взаємодія основ з кислотними оксидами або реакції між основами

та кислотами:

2NaOH + SO₃ = Na₂SO₄ + H₂O

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O

• реакції подвійного обміну між відповідними солями:

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓ + 2NaCl

• взаємодія солі із сильними кислотами або лугами:

Na₂CO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂↑

CuSO₄ + NaOH = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓

• взаємодія певних металів з кислотами, а в деяких випадках – і з лугами:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

• витіснення металу з його солі більш активним металом, який в електро-хімічному ряді металів стоїть лівіше за нього:

Zn + FeSO₄ = ZnSO₄ + Fe

• утворення солей у разі безпосереднього сполучення металів і неметалів:

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Ca + S = CaS

• добування солей під час окисно-відновних реакцій:

Сu + 4HNO_3(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ +2H₂O

Cu + 2H₂SO_4(конц.) = CuSO₄ + SO₂ +2H₂O