Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный машиностроительный университет "МАМИ"

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы общей химии.doc

Скачиваний:

Добавлен:

15.08.2019

Размер:

15.54 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 72 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Раздел II: Основные классы химических неорганических соединений Часть I: Формулы и названия

Основными классами неорганических соединений являются оксиды, основания, кислоты и соли.

Оксидами называются вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. Оксиды образуют как металлы, так и неметаллы.

Название оксида состоит из слова «оксид», названия элемента, его образующего, с указанием его валентности (степени окисления), если данный элемент имеет переменную валентность (степень окисления). Если валентность образующего оксид элемента постоянна, ее не указывают.

Пример: Назвать оксиды, образованные калием, цинком, серой (IV), марганцем (VII).

Решение: Калий и цинк имеют постоянные валентности, (I) и (II) соответственно, поэтому их оксиды будут называться оксид калия и оксид цинка.

Сера и марганец могут иметь разные валентности, в данном случае сера – четыре, а марганец – семь. Эти оксиды будут называться оксид серы (IV) и оксид марганца (VII).

Для того, чтобы составить формулу оксида, надо найти наименьшее общее кратное между валентностями элемента и кислорода и разделить его на эти валентности. Получим число атомов кислорода и элемента, образующего оксид в формуле оксида.

Пример: Составить формулы оксидов калия, цинка, серы (IV), марганца (VII).

Решение: Калий имеет валентность, равную единице, а кислород – двум. Наименьшее кратное равно . Разделим 2 на 1 – получим 2, 2 – на 2 – получим 1. Таким образом , формула оксида калия будет состоять из двух атомов калия и одного атома кислорода, .

Наименьшее общее кратное между валентностями цинка (II) и кислорода (II) равно двум. Разделим его на валентность цинка и кислорода, получим 1 и 1, т.е. в состав молекулы оксида цинка будут входить 1 атом цинка и 1 атом кислорода, .

Аналогичным образом определим формулы оксида серы (IV) и марганца (VII). Они будут соответственно и .

Валентность элемента, образующего оксид, определяется, исходя из его формулы, стандартным способом, причем процесс сильно упрощается благодаря тому, что вторым элементом в оксиде является кислород с постоянной валентностью (и соответственно, постоянной степенью окисления, равной – 2).

Упражнение1:

Определить валентность элементов в оксидах и назвать их.

Упражнение 2: Составить формулы оксидов следующих элементов и назвать их.

Из четырех основных классов неорганических соединений три относятся к веществам, называемым «электролитами». Это основания, кислоты и соли. Оксиды не являются электролитами.

Вещества, способные распадаться в растворе или в расплаве на заряженные частицы (ионы), называются электролитами.

Положительно заряженные ионы называются катионами, а отрицательно заряженные – анионами.

Катионами являются ионы водорода, Н⁺, ион аммония, NН⁺₄, ионы металлов, например, Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺. К анионам относятся гидроксид-ион, ОН^-, ионы кислотных остатков, например, Cl^- , NO₃^-, SO₄^2-.

Свойства ионов резко отличаются от свойств атомов соответствующих элементов. Так, натрий и калий разлагают воду с выделением водорода, а ионы Na⁺ и K⁺такими свойствами не обладают.

Процесс распада молекул электролитов на ионы называется электролитической диссоциацией.

Электролитическая диссоциация является обратимым процессом, т.е. в растворе или расплаве одновременно протекают две реакции: распад молекул на катионы и анионы (КА К⁺+ А^-) и ассоциация (соединение) ионов в молекулы (К⁺ + А^-  КА). Поэтому уравнение реакции электролитической диссоциации записывается следующим образом: КАК⁺+А^-; знак  указывает на обратимость процесса.

Поскольку электролитическая диссоциация – процесс обратимый, то в растворах электролитов одновременно присутствуют не только ионы, но и молекулы, не распавшиеся на ионы. Способность молекул данного электролита диссоциировать в растворе или расплаве характеризуется степенью диссоциации .

Степенью диссоциации называется отношение числа молекул, распавшихся на ионы , к общему числу его молекул :

Степень диссоциации выражается либо в долях единицы, либо в процентах.

Все электролиты подразделяются на сильные и слабые. Сильные электролиты диссоциируют практически нацело, степень их диссоциации близка к единице (100%). В растворах сильных электролитов содержатся преимущественно ионы, недиссоциированных молекул практически нет.

Слабые электролиты характеризуются малой степенью диссоциации, поэтому в растворе присутствует значительное количество непродиссоциированных молекул.

Итак, к электролитам относятся основания, кислоты и соли.

Будучи электролитами, эти вещества состоят из катионов и анионов. Поскольку каждое индивидуальное вещество электронейтрально, то в молекуле электролита суммарный положительный заряд, обусловленный наличием катионов, равен суммарному отрицательному заряду, образованному анионами.

Основания

Молекула основания состоит из катиона металла с определенным положительным зарядом, , и соответствующего числа гидроксильных групп , имеющих заряд –1. (Степень окисления кислорода равна –2, степень окисления водорода +1, суммарный заряд равен –2+1= –1).

Формула основания, таким образом, имеет вид: , например, , .

Названия оснований состоят из слова «гидроксид», русского названия металла и указания валентности этого металла, если она переменна. Например, – гидроксид калия, – гидроксид марганца (II).

Упражнение: Назвать следующие гидроксиды.

Кислоты

Молекула кислоты состоит из положительно заряженных ионов водорода и аниона – кислотного остатка, имеющего отрицательный заряд, равный числу атомов (ионов) водорода в молекуле.

Заряд аниона кислотного остатка можно также определить, зная степень окисления каждого элемента, входящего в его состав.

Так, например, в молекуле азотной кислоты, , содержится один атом водорода, имеющий степень окисления +1. Он образует катион водорода . Поэтому анион имеет заряд –1, . С другой стороны, зная, что в азотной кислоте азот имеет степень окисления +5, а кислород, как всегда, –2, легко определить заряд аниона . Он будет равен: .

Кислоты подразделяются на кислородосодержащие и бескислородные например, и . В зависимости от этого, названия кислот формируются по-разному.

Названия бескислородных кислот составляют, добавляя к корню русского названия элемента, образующего кислоту, окончание «водородная» и слово «кислота». Например, сероводородная кислота (), фтороводородная кислота (.

Некоторые бескислородные кислоты имеют специфические названия, например, – соляная кислота, – плавиковая кислота.

Названия кислородосодержащих кислот базируются на русском названии центрального атома, образующего кислоту. Например, серная кислота, , угольная кислота, и др. Если один и тот же элемент образует несколько кислот, то окончание названия кислоты изменяется в зависимости от степени окисления центрального атома. Если степень окисления этого атома максимальная, то название кислоты оканчивается на «-ная» или «-овая». Например, (степень окисления +6) – серная кислота, (степень окисления мышьяка максимальная +5) – мышьяковая кислота.

Если центральный атом кислородосодержащей кислоты имеет степень окисления ниже максимальной, то название кислоты оканчивается на «-нистая» или «-овистая». Например, – сернистая, – мышьяковистая кислота.

В основе названия кислотного остатка лежит латинское название центрального элемента. Так, ион называется сульфат-ион, ион , входящий в состав угольной кислоты, , – карбонат-ион. Анионы бескислородных кислот имеют окончания «-ид» (хлорид, , сульфид, ), названия анионов кислот с максимальной валентностью оканчиваются на «-ат», а с меньшей – на «-ит». Например, – сульфат-ион, – сульфит-ион.

В таблице 1 приведены формулы и названия некоторых кислот и их кислотных остатков с указаниями степени окисления кислотообразующего элемента и зарядом аниона.

Таблица 1. Формулы и названия кислот и их кислотных остатков

Формула кислоты	Название кислоты	Кислотный остаток (анион)	Название аниона
	Фтороводородная (плавиковая)		Фторид
	Хлороводородная (соляная)		Хлорид
	Бромоводородная		Бромид
	Йодоводородная		Йодид
	Сероводородная		Сульфид
	Азотная		Нитрат
	Азотистая		Нитрит
	Серная		Сульфат
	Сернистая		Сульфит
	Угольная		Карбонат
	Ортофосфорная (фосфорная)		Ортофосфат (фосфат)
	Кремниевая		Силикат

Соли

Молекула соли состоит из положительно заряженных ионов (катионов), отличных от ионов водорода, и отрицательно заряженных ионов (анионов), отличных от гидроксид-ионов.

Наиболее распространенными являются средние, кислые и основные соли, которые можно рассматривать как продукты взаимодействия кислот и оснований. При этом катион соли образуется от основания, а анион – от кислоты.

Если катион соли представляет собой катион металла, образующего основание, а анион – кислотный остаток кислоты, полученный при полном отщеплении всех ионов водорода, то такая соль называется средней.

Например, сульфат кальция, – средняя соль. Она может быть получена при взаимодействии гидроксида кальция, и серной кислоты, . Соль состоит из катиона , полученного при полном отщеплении всех групп от , и из аниона , полученного при полном отщеплении всех ионов водорода ( от .

Примеры средних солей: .

Однако при взаимодействии кислоты и основания в атоме кислоты может остаться один, или больше, ионов водорода. Так, например, фосфорная кислота может образовать следующие анионы: . Соли, образованные анионами, содержащими ионы водорода, называются кислыми. Например, – кислые соли.

Кислые соли могут образовывать только те кислоты, которые имеют в своем составе два и больше ионов водорода – так называемые многоосновные кислоты. Одноосновные кислоты ( и др.) кислых солей не образуют.

Если соль образована от сложного катиона, содержащего, кроме иона металла, две или больше гидроксильных групп , то она называется основной. Например, гидроксид алюминия, , может образовать три катиона: и, соответственно, две основных соли с катионами . Например, – средняя соль, и – основные соли.

Если катион имеет заряд +1, то основная соль образоваться не может.

Названия средних солей образуются из названия аниона (см. стр. 14) и названия катиона (см. стр.) с указанием валентности металла, образующего катион. Например, – сульфат меди (II), – карбонат натрия, – хлорид железа (III).

Кислые соли называют по такому же принципу, только к названию аниона добавляется приставка «гидро-», если анион содержит один ион водорода, или «дигидро-» – если два. Например, – гидросульфат калия, – дигидрофосфат натрия.

Основные соли называются так же, как и средние, но к названию добавляется слово «гидроксо-», если катион содержит одну гидроксогруппу, или «дигидроксо-», если – две. Например, – хлорид гидроксоалюминия, – нитрат дигидроксоалюминия, – карбонат гидроксомеди (II).

Для того, чтобы составить формулу соли, необходимо знать формулу и заряды катиона и аниона, образующих соль. Определив наименьшее общее кратное между зарядами катиона и аниона, надо разделить его по-отдельности на заряд катиона и заряд аниона, тем самым получив число катионов и анионов в формуле соли.

Пример 1: Составить соль, состоящую из катиона алюминия ( и сульфат-иона .

Решение: Определим наименьшее общее кратное между зарядами ионов, оно равно . Разделим его на заряд , получим 2, разделим на заряд , получим 3. Таким образом, формула соли будет состоять из двух ионов и трех ионов , т.е. .

Эта соль – средняя и называется сульфат алюминия.

Пример 2: Определить формулу соли, состоящей из ионов кальция и гидрофосфата .

Решение: Наименьшее общее кратное между зарядами ионов равно 2. Разделим его на заряд , получим 1. Разделим его на заряд ионов , получим 1. Таким образом, формула соли будет .