2.5. Взаимосвязь между классами веществ

Между классами веществ существует возможность их взаимного превращения: из простых веществ получают оксиды, из оксидов – основания или кислоты, из кислот – соли. Возможен и обратный переход от солей к основаниям или кислотам, от оснований или кислот к оксидам, а от оксидов к простым веществам.

Пример 2.1. Напишите уравнения реакций для осуществления цепочки превращений:

Ca ® CaO ® Ca(OH)₂ ® CaSO₄

Решение.

1) 2Ca + O₂ = 2CaO

2) CaO + H₂O = Ca(OH)₂

3) Ca(OH)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄¯ + H₂O

Пример 2.2. Напишите уравнения реакций для осуществления цепочки превращений:

P ® P₄O₁₀ ® H₃PO₄ ® KН₂PO₄ ® K₂НPO₄ ® K₃PO₄

Решение.

1) P₄ + 5O₂ = P₄O₁₀

2) P₄O₁₀ + 6H₂O = 4H₃PO₄

3) H₃PO₄ + KOH = KН₂PO₄

4) KН₂PO₄ + KOH = K₂НPO₄

5) K₂НPO₄ + KOH = K₃PO₄

Пример 2.3. Напишите уравнения реакций для осуществления цепочки превращений:

CuSO₄ ® Cu(OH)₂ ® CuO ® Cu

Решение.

1) CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂¯ + Na₂SO₄

2) Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

3) CuO + H₂ = Cu + H₂O

Подобная связь классами соединений, позволяющая получать вещество одного класса из вещества другого класса, называется генетической. Но необходимо иметь в виду, что не всегда одно вещество из другого можно получить напрямую. Например, гидроксид меди Cu(OH)₂ нельзя получить взаимодействием оксида меди (II) с водой. Тогда применяют косвенный путь: на оксид меди (II) действуют кислотой и получают соль, а из соли действием щелочи получают гидроксид меди (II).

Генетическую связь между основными классами неорганических соединений можно показать схематически:

2.6. Современный подход к классификации оснований и кислот

Химия, как и вся наука, быстро развивается. По мере её развития пересматриваются многие понятия. Пересматриваются взгляды и на классификацию неорганических соединений.

В настоящее время основания и кислоты рассматриваются как соединения одного класса – гидроксиды, т.е. продукты присоединения воды к оксидам (дословно: наводнённые оксиды). Все гидроксиды имеют в своём составе один или несколько атомов кислорода, которые одновременно связаны с атомами водорода и элемента. Общая формула простейших гидроксидов ЭОН.

Деление гидроксидов на основания и кислоты определяется их диссоциацией при растворении в воде. Характер диссоциации зависит от сравнительной прочности и полярности связей Э–О и О–Н и может протекать по двум типам:

1) ЭОН = Э⁺ + ОН^– – по типу оснований

2) ЭОН = Н⁺ + ЭО^– – по типу кислот

Гидроксиды, в которых связь Э–О сильно полярна и имеет небольшую прочность, диссоциируют по первому типу – это типичные основания. Гидроксиды, в которых связь Э–О обладает небольшой полярностью, но большей, чем связь О–Н, прочностью, диссоциируют как кислоты. Но у многих гидроксидов обе связи мало отличаются по степени полярности и по прочности, поэтому они диссоциируют одновременно по обоим типам – это амфотерные основания или амфолиты.

Тип диссоциации гидроксида зависит от валентности (степени окисления) элемента. С увеличением валентности связь Э–О упрочняется, а связь О–Н ослабевает. Поэтому кислотные свойства гидроксидов усиливаются в периодах Периодической системы:

NaOH Mg(OH)2	Al(OH)3 Si(OH)4	H3PO4 H2SO4 HClO4
о с н о в а н и я	а м ф о л и т ы	к и с л о т ы

ослабевают в группах:

Н3ВО3	Al(OH)3 Ga(OH)3 In(OH)3	Tl(OH)3
кислота	а м ф о л и т ы	основание

а у гидроксидов одного элемента усиливаются при увеличении его валентности:

Mn(OH)2 Mn(OH)3	Mn(OH)4	H2MnO4 HMnO4
о с н о в а н и я	амфолит	к и с л о т ы