1.3. Запитання для самоконтролю

1. Що вивчає наука хімія? В чому суть хімічних перетворень?

2. Що таке атом, молекула, хімічний елемент, проста та складна речовини, алотропія, сталість складу речовин?

3. Що таке атомна і молекулярна маси? Як вони визначаються?

4. Що таке кількість речовини, моль, молярна маса?

5. Що таке валентність? Як вона визначається?

6. Як складають хімічні формули? Які є типи хімічних формул?

7. Які розрахунки слід проводити за хімічними формулами?

8. Як пояснити закон збереження маси речовин з позицій атомно-молекулярного вчення? Яке значення має цей закон?

9. Чому закон Авогадро справедливий тільки для газів? Як використовують цей закон при хімічних розрахунках?

1.4. Задачі для самоконтролю

1. Які з перелічених речовин слід віднести до простих, а які - до складних: кокс, кварц, рубін, алмаз, гіпс, радон, озон, водяна пара, сажа, олеум, повітря, мельхіор, купорос, чавун?

2. Що таке валентність? Як її визначають? Визначте валентність елементів у сполуках: NH₃, A1₂S₃, Ca₃P₂, CO₂, Mg₂Si, SF₆, SiC, OsO₄.

1. Обчисліть масові частки елементів у сполуках: СаСО₃, Н₂О, КОН.

3. У скількох грамах руди, що складається з 50% Fe₂O₃ і пустої породи, міститься 28 г чистого заліза?

5.У зразку руди міститься 62% магнетиту Fe₃O₄, решта - пуста порода. Визначте вміст заліза в руді, якщо в пустій породі заліза немає.

6.Обчисліть, скільки молекул містить: а) 1 л аміаку за н.у.; б) 1 мл води за 277 К; в) 0,1 моль СО₂; г) 3 г оксиду нітрогену (II).

7. Деякий газ знаходиться в закритій посудиш об'ємом 10 л за температури 273 К і тиску 10⁶ Па. Як зміниться тиск у посудині, якщо: а) підвищити температуру на 50°С; б) зменшити кількість газу в посудині на 2 моль?

8. Стальний балон для зберігання кисню об'ємом 50 л розрахований на тиск до 1 мПа і температуру до 50°С. Скільки г кисню можна максимально помістити в балон, якщо зарядка проводиться при 273 К?

9.Які ви знаєте способи визначення молярної маси газоподібних речовин? Складіть власні приклади.

10.Маса 1 л газу за н.у. складає 1,964 г. Визначте молекулярну масу газу і густину його за повітрям.

11. Обчисліть молярну масу газу, 6 г якого за температури 750 К і тиску 83,1 кПа займають об'єм 7 л.

12.1 г деякого газу за нормальних умов займає об'єм 315,5 мл. Визначте молярну масу газу, його густину за воднем та масу однієї молекули в гра­мах. Визначте молекулярну формулу цього газу, якщо відомо, що він є про­стою речовиною.

13. Об'ємна частка вуглекислого газу в повітрі складає 0,03%. Визначте масу, кількість моль та кількість молекул вуглекислого газу в приміщенні об'ємом 150 м³ (н.у).

2. Основні класи неорганічних сполук

Хiмiчнi сполуки рiзного якiсного та кiлькiсного складу подiляють на дві великi групи: неорганiчнi сполуки та органiчнi. Складні неорганiчнi сполуки дiлять на основнi та неосновнi класи. До основних класiв неорганiчних сполук вiдносять: оксиди, основи, кислоти та солi.

Взаємозв'язок між найважливішими класами неорганічних речовин ілюструє класична схема (рис.2.1).

2.1. Оксиди

Оксиди – це складні речовини, що складаються з двох елементів один з яких оксиген(кисень) в ступені окиснення -2

У оксидах усі атоми оксигену безпосередньо зв'язані з атомами більш електропозитивних елементів, а співвідношення компонентів відповідає правилам валентності, на відміну від усіх інших сполук елементів з оксигеном (пероксидів, супероксидів, озонідів, субоксидів).

У сполуках оксигену з флуором (фтором) аніоноутворю-вачем є більш електронегативний флуор, тому, наприклад, сполуку OF₂ відносять не до оксидів, а до фторидів, у яких ступінь окиснення оксигену +2.

Трапляються кисневі сполуки, якi можна вважати змішаними оксидами, або ж солями, утвореними металом та кислотою того ж металу у вищому ступені окиснення, наприклад:

Pb₂O₃ = PbO·PbO₂ = PbPbO₃ ; Fe₃O₄ = FeO·Fe₂O₃ = Fe(FeO₂)₂.

При написаннi структурних формул оксидiв необхiдно пам'ятати, що в оксидах, до складу яких входять кiлька атомiв одного і того ж елемента, зв'язок мiж ними здiйснюється через оксиген, наприклад: N₂O₃ - O=N-O-N=O.

За здатністю утворювати солі розрізняють несолетворні (N₂O, NO, CO) та солетворні оксиди. Останні поділяють на кислотні (СО₂, N₂O₅, CrO₃), основні (CaO, Na₂O, CrO) і амфотерні (ZnO, AI₂О₃, Сг₂О₃). В табл.1.1 наведено дані про хімічний характер оксидів залежно від ступеня окиснення елемента, а також формули відповідних гідратів оксидів.

Рис.2.1. Схема взаємозв`язку між основними класами неорганічних сполук

За сучасною номенклатурою назви оксидів починаються словом "оксид", далі йде назва відповідного елемента в родовому відмінку, а якщо елемент^: утворює кілька оксидів, вказують його ступінь окиснення, наприклад, Al₂O₃ – оксид алюмінію, FeO – оксид феруму(II), Fе₂O₃ – оксид феруму(ІІІ), Р₂О₅ – оксид фосфору(V), С1₂О₇ – оксид хлору (VII) і т.д.

Кислотними називають оксиди, яким відповідають кислоти. Утворюють кислотні оксиди, як правило, неметали, а також метали з високим ступенем окиснення (від +5 до +8).

Таблиця 2.1.

Хімічний характер оксидів та відповідних їм форм гідратів оксидів

Ступінь окис-нення еле- мента	Фор-мула оксиду	Формула кислоти, гідрок-сиду	Хімічний характер оксидів
			Основний	Амфотерний	Кислотний
+1	Е2О	Е(ОН)	Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Cu*, Ag*, Au*, Tl, Hg*	—	СІ, Вг
+2	EО	Е(ОН)2	Mg, Ca. Sr, Ba, Ra, Cd, Hg*, Eu, Sm, Yb, V, Cr, Mn, Re, Fe, Co,Ni	Be, Zn, Cu, Ge, Sn, Pb	—
+3	Е2О3	Е(ОН)3 ЕО(ОН)	Y, La, Ac, Tl, Ce. Gd, Yb, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Bi, V, Mn, Re	Au, Al, Ga, In, Sc, Sb, Cr, Fe, Ni, Co, Ir, Rh	В, N, Р, As
+4	EО2	Е(ОН)4 ЕО(ОН)2	Th, U, Pu, Am, Cm, Np	Ce, Ge, Sn, Pb, Ті, Zr, V, Mn	С, Si, S, Se, Те
+5	Е2О5	Е(ОН)5 ЕО(ОН)3 ЕО2(ОН)	Pa, Np, Pu	Nb, Та	N, Р, V, As, Sb
+6	ЕО3	ЕО2(ОН)2	—	U, Np, Pu, Am	S, Se, Те, Сг, Мо, W, Mn*, Re, Fe*, Xe
+7	Е2О7	ЕО3(ОН)	—	—	СІ, І, Mn, Re
+8	EО4	ЕО2(ОН)4	—	—	Os, Ru, Xe

*) елементи, для яких гідрати оксидів у вільному стані не добуто

При взаємодії з основами та основними оксидами кислотні оксиди утворюють солі, причому кислотний оксид входить до кислотного залишку:

СО₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + Н₂О; SiO₂ + СаО = СаSiO₃

СгО₃ + 2КОН = К₂СrO₄ + Н₂О ; N₂O₅ + Na₂О = 2NaN0₃

Р₂0₅+ ЗСа(ОН)₂ = Са₃(Р0₄)₂+ ЗН₂О; Mn₂O₇ + ВаО = Ba(MnO₄)₂

Більшість кислотних оксидів реагують з водою, утворюючи кислоти: SO₃ + H₂O = H₂S0₄; N₂0₅ + Н₂0 = 2HN0₃ ,

але є оксиди, які з водою безпосередньо не взаємодіють (SiO₂, MoO₃). Їм відповідають нерозчинні у воді кислоти (H₂SiO₃, H₂MoO₄), які можна добути з відповідних солей реакціями обміну.

Якщо будь-яким способом від кислоти відняти воду, лишиться кислотний оксид. Тому кислотні оксиди ще називають ангідридами кислот (зневоднена кислота). На практиці, щоб знати, який ангідрид відповідає тій чи іншій кисневій кислоті, треба подумки відняти від кислоти воду до повного вилучення атомів гідрогену. Якщо ж до оксиду додати воду, знайдемо формулу кислоти, яка йому відповідає. Наприклад, кислотам H₂SeO₄, H₃PO₄, НСІО₄, Н₃ВО₃, відповідають ангідриди SeO₃, P₂O₅, C1₂O₇, B₂O₃, a оксидам SO₂, N₂O₃, V₂O₅, C1₂O, CrO₃, Мп,О₇, відповідають кислоти H₂SO₃, HNO₂, HVO₃, HC1O, H₂CrO₄, HMnO₄.

Основним оксидам відповідають основи. Утворюють їх метали з низь­ким ступенем окиснення +1 або +2. Реагуючи з кислотами і кислотними оксидами, основні оксиди утворюють солі:

СuO + 2HNO₃ = Сu(NО₃)₂, Ag₂O + СгО₃ = Ag₂CrO₄

З водою основні оксиди, як правило, не реагують, за винятком оксидів самих активних металів - лужних і лужноземельних:

Li₂O + Н₂О = 2LiOH BaO + H₂O = Ba(OH)₂

Амфотерні оксиди мають властивості як основних, так і кислотних оксидів. Це залежить від того, з чим даний амфотерний оксид реагує - з кислотою (кис­лотним оксидом) чи з лугом (основним оксидом). Амфотерні оксиди утворю­ють теж лише метали, але із ступенем окиснення +3, +4, (іноді +2): BeO, ZnO, АІ₂О₃, SnО₂ та інш.

При вивченні хімічних властивостей амфотерних оксидів інколи труднощі викликають рівняння реакцій взаємодії їх з лугами та основни­ми оксидами. Слід пам'ятати, що обов'зковим продуктом таких реакцій є сіль, а оскільки амфотерний оксид виступає при цьому в ролі кислотного, він входить до кислотного залишку солі. Щоб визначити склад кислотного залишку, треба, як уже говорилося, подумки додати до оксиду воду (на­справді, амфотерні оксиди з водою не реагують) і встановити, яка кислотна форма відповідає даному оксиду. Так, оксиду ZnO відповідає кислотна фор­ма H₂ZnО₂, у оксиду А1₂О₃ є дві кислотні форми: НА1О₂ і Н₃А1О₃, оксиду SnO₂ відповідає кислота Н₂SnO₃ і т. д.

А1₂О₃+ 2NaOH 2NaAlO₂+ Н₂О; ZnO + ВаО BaZnO₂

Al₂O₃ + 6NаОН 2Nа₃АlO_з+ЗН₂О; SnO₂+K₂O K₂SnO₃

З кислотами та кислотними оксидами амфотерні оксиди реагують як основні:

ZnО + 2НСІ = ZnCl₂ + Н₂О; А1₂О₃+3SO₃ Al₂(SO₄)₃ Таким чином, аналізуючи рівняння реакцій за участю оксидів приходимо до висновку, що між собою реагують оксиди, наділені протилежними функціями - кислотною і основною. Внаслідок реакції утворюється тільки сіль. При взаємодії оксидів з кислотою чи основою обов'язковими продуктами реакцій є сіль і вода.

Є кілька загальних способів добування оксидів, які широко застосо­вуються на практиці:

1) найпростіше оксид добути при взаємодії двох простих речовин за реакцією сполучення, але так можна одержати далеко не всі оксиди:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ 2Mg + O₂ = 2MgO

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ S + O₂ SO₂

2) розклад складних кисневмісних речовин при нагріванні: H₂SiO₃ SiO₂+H₂O NH₄NO₃ N₂0+2Н₂0

2Аu(ОН)₃ Аu₂О₃ + ЗН₂О СаСОз СаО + СО₂

Cu(ОН)₂ СuО + Н₂О 4HNО₂ 2HNО₃ +NO+ Н₂О

3) горіння (окиснення) складних речовин у присутності кисню:

4NH₃+50₂ 4NO+6H₂0; СН₄ +20₂ С0₂ +2Н₂0

2ZnS+30₂ 2ZnO+2S0₂ ; 2NO₂ +O₃ N₂О₅ + O₂

г) з інших оксидів:

N0₂ +N0 = N₂O₃ ; Fе₂О₃ + C0 2FеО+C0₂