4. Основные классы неорганических соединений

4.1. Классификация веществ

Все вещества делятся на простые (элементарные) и сложные. Простые вещества состоят из одного элемента, сложные – из двух и более элементов. Простые вещества разделяются на металлы и неметаллы.

Металлы имеют характерный «металлический» блеск, обладают ковкостью, тягучестью, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, обладают хорошей теплопроводностью и электрической проводимостью. При комнатной температуре все металлы (кроме ртути) находятся в твердом состоянии.

Неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, хрупки, очень плохо проводят теплоту и электричество. Некоторые из них при обычных условиях газообразны.

Сложные вещества делят на органические и неорганические (минеральные). Органическими принято называть соединения углерода, за исключением простейших соединений углерода (CO, CO₂, H₂CO₃, HCN и их солей и др.); все остальные вещества называются неорганическими.

Сложные неорганические соединения классифицируются как по составу, так и по химическим свойствам (функциональным признакам). По составу они, прежде всего, подразделяются на двухэлементные, или бинарные, соединения (оксиды, сульфиды, галогениды, нитриды, карбиды, гидриды) и многоэлементные соединения; кислородсодержащие, азотсодержащие и т. п.

По химическим свойствам неорганические соединения подразделяются на четыре основных класса: оксиды, кислоты, основания, соли.

4.2. Оксиды

Оксидами называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород (Cr₂O₃, K₂O, CO₂ и т. д.). Кислород в оксидах всегда двухвалентен и имеет степень окисления, равную -2.

По химическим свойствам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные: CO, NO, N₂O). Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основными называются оксиды, взаимодействующие с кислотами или кислотными оксидами, с образованием солей:

CuO + 2HCl=CuCl₂ + H₂O,

MgO + CO₂ = MgCO₃.

Образование основных оксидов характерно для металлов с невысокой степенью окисления (+1, +2).

Оксиды щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba, Ra) взаимодействуют с водой, образуя основания. Например:

Na₂O + H₂O = 2NaOH,

CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

Большая часть основных оксидов с водой не взаимодействует. Основания таких оксидов получают косвенным путем:

a) CuO + 2HCl=CuCl₂ + H₂O;

б) CuCl₂ + 2KOH = Cu(OH)₂ +2KCl.

Кислотными называются оксиды, взаимодействующие с основаниями или с основными оксидами с образованием солей. Например:

SO₃ + 2KOH = K₂SO₄ + H₂O,

CaO + CO₂ = CaCO₃.

К кислотным оксидам относятся оксиды типичных неметаллов -SO₂, N₂O₅, SiO₂, CO₂ и др., а также оксиды металлов с высокой степенью окисления (+5,+6,+7, +8)-V₂O₅ , CrO₃ , Mn₂O₇ и др .

Ряд кислотных оксидов (SO₃ , SO₂ , N₂O_{3 ,} N₂O₅ , CO₂ и др.) при взаимодействии с водой образуют кислоты:

SO ₃ + H₂O = H₂SO₄,

N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃.

Соответствующие кислоты других кислотных оксидов (SiO₂ , TeO₂ , TeO₃ , MoO₃ , WO₃ , и др. ) получают косвенным путем. Например:

а) SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O

б) Na₂SiO₃ +2HCl= H₂SiO₃ + 2NaCl

Один из способов получения кислотных оксидов – отнятие воды от соответствующих кислот. Поэтому кислотные оксиды иногда называют ангидридами кислот.

Амфотерными называют оксиды, образующие соли при взаимодействии, как с кислотами, так и с основаниями, т. е. обладающие двойственными свойствами – свойствами основных и кислотных оксидов. Например:

SnO + H₂SO₄ = SnSO₄ + H₂O,

SnO + 2KOH + H₂O = K₂ [Sn(OH)₄],

ZnO + 2KOH = K₂ZnO₂ + H₂O³.

К числу амфотерных оксидов относятся: ZnO, BeO, SnO, PbO, Al₂O₃, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Sb₂O₃, MnO₂ и др.

Следует отметить, что в соответствии с изменением химической природы элементов в периодической системе элементов (от металлов к неметаллам) закономерно изменяются и химические свойства соединений, в частности, кислотно-основная активность их оксидов. Так, в случае высших оксидов элементов 3 периода в ряду: Na₂O, MgO, Al₂O₃, SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇ - по мере уменьшения степени полярности связи Э-О (уменьшается ЭО; уменьшается отрицательный эффективный заряд атома кислорода) ослабляются основные и нарастают кислотные свойства оксидов: Na₂O, MgO - основные оксиды; Al₂O₃ – амфотерный; SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇ - кислотные оксиды (слева направо кислотный характер оксидов усиливается).

Способы получения оксидов:

1. Взаимодействие простых веществ с кислородом (окисление):

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃,

S + O₂ = SO₂.

2. Горение сложных веществ:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O,

2SO₂ + O₂ = 2SO₃.

3. Термическое разложение солей, оснований, кислот:

CaCO₃  CaO + CO₂,

Cd(OH)₂  CdO + H₂O,

H₂SO₄  SO₃ + H₂O.

Номенклатура оксидов. Названия оксидов строятся из слова “оксид” и названия элемента в родительном падеже, который соединен с атомами кислорода. Если элемент образует несколько оксидов, то в скобках римскими цифрами указывается его степень окисления (с.о.), при этом знак с. о. не указывается. Например, MnO₂ – оксид марганца (IV), MnO – оксид марганца (II). Если элемент образует один оксид, то его с. о. не приводится: Na₂O – оксид натрия.

Иногда в названиях оксидов встречаются приставки ди-, три-, тетра- и т.д. Они обозначают, что в молекуле этого оксида на один атом элемента приходится 2,3,4 и т.д. атома кислорода, например, CO₂ – диоксид углерода и т.д.