Классификация неорганических соединений заключение. Относительность классификаций веществ
Классификация неорганических веществ основана на их способности к разложению. Простые вещества, состоящие из атомов только одного химического элемента (O 2 , H 2 , Mg), не распадаются. Легко разлагаются сложные вещества, состоящие из атомов двух и более элементов (CO 2 , H 2 SO 4 , NaOH, KCl).
Простые
Классификация классов неорганических веществ включает:
- металлы - элементы, обладающие тепло- и электропроводностью, высокой пластичностью, ковкостью, металлическим блеском;
- неметаллы - более хрупкие, чем металлы, элементы, не обладающие электропроводностью и проявляющие окислительные свойства.
Рис. 1. Схема классификации неорганических веществ.
Металлы расположены в нижнем левом углу периодической таблицы, неметаллы - в правом верхнем углу и включают благородные газы.
Рис. 2. Расположение металлов и неметаллов в таблице Менделеева.
Многие простые химические элементы обладают аллотропией - свойством образовывать несколько простых веществ. Например, при присоединении ещё одного атома к кислороду образуется простое вещество озон (О 3), углерод в зависимости от количества атомов образует графит, уголь или алмаз.
Сложные
Сложные вещества классифицируют на следующие классы:
- оксиды - состоят из двух элементов, один из которых является кислородом;
- кислоты - состоят из атомов водорода и кислотного остатка;
- основания - состоят из металла и одной или нескольких гидроксильных групп;
- соли - состоят из металла и кислотного остатка.
Отдельно выделяют амфотерные гидроксиды, которые проявляют свойства кислот и оснований. Это твёрдые вещества, являющиеся слабыми электролитами. К ним относятся гидроксиды металлов со степенью окисления +3 и +4. Исключениями являются Be(OH) 2 , Zn(OH) 2 , Sn(OH) 2 , Pb(OH) 2 .
Более подробная классификация сложных веществ представлена в таблице с примерами.
Вид |
Номенклатура |
Химические свойства |
Пример |
Оксиды - Е х О у |
Оксид элемента (степень окисления) |
Выделяют основные оксиды, которые при взаимодействии с кислотами образуют соли, и кислотные оксиды, образующие при взаимодействии с основаниями кислоты. Отдельно выделяют амфотерные оксиды, взаимодействующие с кислотами и основаниями (образуется соль) |
Na 2 O - оксид натрия, Fe 2 O 3 - оксид железа (III), N 2 O 5 - оксид азота (V) |
Основания - Ме(ОН) х |
Гидроксид металла (степень окисления) |
В соответствии с растворимостью выделяют щёлочи и нерастворимые в воде основания. Щёлочи взаимодействуют с неметаллами и кислотными оксидами. Нерастворимые основания взаимодействуют с кислотами и способны разлагаться при высоких температурах |
Fe(OH) 2 - гидроксид железа (II), Cu(OH) 2 - гидроксид меди (II), NaOH - гидроксид натрия |
Кислоты - H n Ac |
Читается в зависимости от кислотного остатка |
Взаимодействуют с металлами, стоящими левее водорода в ряде активности, с оксидами, солями. Способны разлагаться при высоких температурах |
H 2 SO 4 - серная кислота, HCl - соляная кислота, HNO 3 - азотная кислота |
Соли - Ме х (Ас) у |
Кислотный остаток металла (степень окисления) |
Реагируют с кислотами, щелочами, металлами и солями |
Na 2 SO 4 - сульфат натрия, CaCO 3 - карбонат кальция, KCl - хлорид калия |
Рис. 3. Список названий кислот.
Генетические связи между классами основаны на взаимном превращении веществ. При химических реакциях атомы переходят от одного вещества к другому, образуя генетические ряды (ряды превращений). Металл при присоединении кислорода образует оксид, который при взаимодействии с водой превращается в основание. Из неметалла образуется кислотный оксид, который, взаимодействуя с водой, образует кислоту. Любой генетический ряд заканчивается солью.
Что мы узнали?
Неорганические вещества включают простые и сложные соединения. Простые вещества состоят из атомов одного и того же элемента. К ним относятся металлы и неметаллы. Сложные соединения включают вещества, состоящие из нескольких элементов. К ним относятся оксиды, кислоты, основания, соли и амфотерные гидроксиды. Все вещества генетически связаны между собой. Из простого вещества можно получить более сложное вещество. Наиболее сложными веществами считаются соли.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 102.
Простые вещества
.
Молекулы состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента). В
химических реакциях не могут разлагаться с образованием других веществ.
Сложные вещества (или химические соединения).
Молекулы состоят из атомов разного вида (атомов различных химических
элементов). В химических реакциях разлагаются с образованием нескольких
других веществ.
Резкой границы между металлами и неметаллами нет, т.к. есть простые вещества, проявляющие двойственные свойства.
Аллотропия
Аллотропия
- способность некоторых химических элементов образовывать несколько простых веществ, различающихся по строению и свойствам.
С - алмаз, графит, карбин.
O - кислород, озон.
S - ромбическая, моноклинная, пластическая.
P - белый, красный, чёрный.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами:
1) различным числом атомов в молекуле, например кислород O 2 и озон O 3
2) образованием различных кристаллических форм, например алмаз и графит.
ОСНОВАНИЯ
Основания
- сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или
несколькими гидроксильными группами (с точки зрения теории
электролитической диссоциации, основания - сложные вещества, при
диссоциации которых в водном растворе образуются катионы металла (или NH 4 +) и гидроксид - анионы OH -).
Классификация.
Растворимые
в воде (щёлочи) и нерастворимые
. Амфотерные
основания проявляют также свойства слабых кислот.
Получение
1. Реакции активных металлов (щелочных и щелочноземельных металлов) с водой:
2Na + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 -
Ca + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + H 2 -
2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой:
BaO + H 2 O ® Ba(OH) 2
3. Электролиз водных растворов солей
2NaCl + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 - + Cl 2 -
Химические свойства
Щёлочи | Нерастворимые основания |
1. Действие на индикаторы. | |
лакмус - синий метилоранж - жёлтый фенолфталеин - малиновый |
-- |
2. Взаимодействие с кислотными оксидами. | |
2KOH + CO 2 ® K 2 CO 3 + H 2 O KOH + CO 2 ® KHCO 3 |
-- |
3. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации) | |
NaOH + HNO 3 ® NaNO 3 + H 2 O | Cu(OH) 2 + 2HCl ® CuCl 2 + 2H 2 O |
4. Обменная реакция с солями | |
Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 ® 2KOH + BaSO 4 ¯ 3KOH+Fe(NO 3) 3 ® Fe(OH) 3 ¯ + 3KNO 3 |
-- |
5. Термический распад. | |
-- | Cu(OH) 2 - t ° ® CuO + H 2 O |
ОКСИДЫ
Классификация
Оксиды
- это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.
ОКСИДЫ | |
Несолеобразующие | CO, N 2 O, NO |
Солеобразующие | Основные
-это оксиды металлов, в которых последние проявляют небольшую степень окисления +1, +2 Na 2 O; MgO; CuO |
|
Амфотерные
(обычно для металлов со степенью окисления +3, +4). В качестве гидратов им соответствуют амфотерные гидроксиды ZnO; Al 2 O 3 ; Cr 2 O 3 ; SnO 2 |
|
Кислотные
-это оксиды неметаллов и металлов со степенью окисления от +5 до +7 SO 2 ; SO 3 ; P 2 O 5 ; Mn 2 O 7 ; CrO 3 |
|
Основным оксидам соответствуют основания, кислотным - кислоты, амфотерным - и те и другие |
Получение
1. Взаимодействие простых и сложных веществ с кислородом:
2Mg + O 2 ® 2MgO
4P + 5O 2 ® 2P 2 O 5
S + O 2 ® SO 2
2CO + O 2 ® 2CO 2
2CuS + 3O 2 ® 2CuO + 2SO 2
CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O
4NH 3 + 5O 2 - кат. ® 4NO + 6H 2 O
2. Разложение некоторых кислородсодержащих веществ (оснований, кислот, солей) при нагревании:
Cu(OH) 2 - t ° ® CuO + H 2 O
(CuOH) 2 CO 3 - t ° ® 2CuO + CO 2 + H 2 O
2Pb(NO 3) 2 - t ° ® 2PbO + 4NO 2 + O 2
2HMnO 4 - t ° ;H 2 SO 4 (конц.) ® Mn 2 O 7 + H 2 O
Химические свойства
Основные оксиды | Кислотные оксиды |
1. Взаимодействие с водой | |
Образуется основание: Na 2 O + H 2 O ® 2NaOH CaO + H 2 O ® Ca(OH) 2 |
Образуется кислота: SO 3 + H 2 O ® H 2 SO 4 P 2 O 5 + 3H 2 O ® 2H 3 PO 4 |
2. Взаимодействие с кислотой или основанием: | |
При реакции с кислотой образуется соль и вода MgO + H 2 SO 4 - t ° ® MgSO 4 + H 2 O CuO + 2HCl - t ° ® CuCl 2 + H 2 O |
При реакции с основанием образуется соль и вода CO 2 + Ba(OH) 2 ® BaCO 3 + H 2 O SO 2 + 2NaOH ® Na 2 SO 3 + H 2 O |
Амфотерные оксиды взаимодействуют | |
с кислотами как основные: ZnO + H 2 SO 4 ® ZnSO 4 + H 2 O |
с основаниями как кислотные: ZnO + 2NaOH ® Na 2 ZnO 2 + H 2 O (ZnO + 2NaOH + H 2 O ® Na 2 ) |
3. Взаимодействие основных и кислотных оксидов между собой приводит к солям. | |
Na 2 O + CO 2 ® Na 2 CO 3 | |
4. Восстановление до простых веществ: | |
3CuO + 2NH 3 ® 3Cu + N 2 + 3H 2 O P 2 O 5 + 5C ® 2P + 5CO |
Простые вещества
.
Молекулы состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента). В
химических реакциях не могут разлагаться с образованием других веществ.
Сложные вещества (или химические соединения).
Молекулы состоят из атомов разного вида (атомов различных химических
элементов). В химических реакциях разлагаются с образованием нескольких
других веществ.
Резкой границы между металлами и неметаллами нет, т.к. есть простые вещества, проявляющие двойственные свойства.
Аллотропия
Аллотропия
- способность некоторых химических элементов образовывать несколько простых веществ, различающихся по строению и свойствам.
С - алмаз, графит, карбин.
O - кислород, озон.
S - ромбическая, моноклинная, пластическая.
P - белый, красный, чёрный.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами:
1) различным числом атомов в молекуле, например кислород O 2 и озон O 3
2) образованием различных кристаллических форм, например алмаз и графит.
ОСНОВАНИЯ
Основания
- сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или
несколькими гидроксильными группами (с точки зрения теории
электролитической диссоциации, основания - сложные вещества, при
диссоциации которых в водном растворе образуются катионы металла (или NH 4 +) и гидроксид - анионы OH -).
Классификация.
Растворимые
в воде (щёлочи) и нерастворимые
. Амфотерные
основания проявляют также свойства слабых кислот.
Получение
1. Реакции активных металлов (щелочных и щелочноземельных металлов) с водой:
2Na + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 -
Ca + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + H 2 -
2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой:
BaO + H 2 O ® Ba(OH) 2
3. Электролиз водных растворов солей
2NaCl + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 - + Cl 2 -
Химические свойства
Щёлочи | Нерастворимые основания |
1. Действие на индикаторы. | |
лакмус - синий метилоранж - жёлтый фенолфталеин - малиновый |
-- |
2. Взаимодействие с кислотными оксидами. | |
2KOH + CO 2 ® K 2 CO 3 + H 2 O KOH + CO 2 ® KHCO 3 |
-- |
3. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации) | |
NaOH + HNO 3 ® NaNO 3 + H 2 O | Cu(OH) 2 + 2HCl ® CuCl 2 + 2H 2 O |
4. Обменная реакция с солями | |
Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 ® 2KOH + BaSO 4 ¯ 3KOH+Fe(NO 3) 3 ® Fe(OH) 3 ¯ + 3KNO 3 |
-- |
5. Термический распад. | |
-- | Cu(OH) 2 - t ° ® CuO + H 2 O |
ОКСИДЫ
Классификация
Оксиды
- это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.
ОКСИДЫ | |
Несолеобразующие | CO, N 2 O, NO |
Солеобразующие | Основные
-это оксиды металлов, в которых последние проявляют небольшую степень окисления +1, +2 Na 2 O; MgO; CuO |
|
Амфотерные
(обычно для металлов со степенью окисления +3, +4). В качестве гидратов им соответствуют амфотерные гидроксиды ZnO; Al 2 O 3 ; Cr 2 O 3 ; SnO 2 |
|
Кислотные
-это оксиды неметаллов и металлов со степенью окисления от +5 до +7 SO 2 ; SO 3 ; P 2 O 5 ; Mn 2 O 7 ; CrO 3 |
|
Основным оксидам соответствуют основания, кислотным - кислоты, амфотерным - и те и другие |
Получение
1. Взаимодействие простых и сложных веществ с кислородом:
2Mg + O 2 ® 2MgO
4P + 5O 2 ® 2P 2 O 5
S + O 2 ® SO 2
2CO + O 2 ® 2CO 2
2CuS + 3O 2 ® 2CuO + 2SO 2
CH 4 + 2O 2 ® CO 2 + 2H 2 O
4NH 3 + 5O 2 - кат. ® 4NO + 6H 2 O
2. Разложение некоторых кислородсодержащих веществ (оснований, кислот, солей) при нагревании:
Cu(OH) 2 - t ° ® CuO + H 2 O
(CuOH) 2 CO 3 - t ° ® 2CuO + CO 2 + H 2 O
2Pb(NO 3) 2 - t ° ® 2PbO + 4NO 2 + O 2
2HMnO 4 - t ° ;H 2 SO 4 (конц.) ® Mn 2 O 7 + H 2 O
Химические свойства
Основные оксиды | Кислотные оксиды |
1. Взаимодействие с водой | |
Образуется основание: Na 2 O + H 2 O ® 2NaOH CaO + H 2 O ® Ca(OH) 2 |
Образуется кислота: SO 3 + H 2 O ® H 2 SO 4 P 2 O 5 + 3H 2 O ® 2H 3 PO 4 |
2. Взаимодействие с кислотой или основанием: | |
При реакции с кислотой образуется соль и вода MgO + H 2 SO 4 - t ° ® MgSO 4 + H 2 O CuO + 2HCl - t ° ® CuCl 2 + H 2 O |
При реакции с основанием образуется соль и вода CO 2 + Ba(OH) 2 ® BaCO 3 + H 2 O SO 2 + 2NaOH ® Na 2 SO 3 + H 2 O |
Амфотерные оксиды взаимодействуют | |
с кислотами как основные: ZnO + H 2 SO 4 ® ZnSO 4 + H 2 O |
с основаниями как кислотные: ZnO + 2NaOH ® Na 2 ZnO 2 + H 2 O (ZnO + 2NaOH + H 2 O ® Na 2 ) |
3. Взаимодействие основных и кислотных оксидов между собой приводит к солям. | |
Na 2 O + CO 2 ® Na 2 CO 3 | |
4. Восстановление до простых веществ: | |
3CuO + 2NH 3 ® 3Cu + N 2 + 3H 2 O P 2 O 5 + 5C ® 2P + 5CO |
Для элементов, входящих в периодическую систему (ПС) элементов Д.И. Менделеева разрешено использовать следующие групповые названия, отражающие, как правило, общие свойства элементов и простых веществ. Для элементов главных подгрупп
в короткопериодном варианте ПС
или 1-2 и 13-18 групп в длиннопериодном (современном) варианте ПС
- щелочные металлы (1-ая или IА группа): (H), Li, Na, K, Rb, Cs, Fr;
- щелочноземельные (кроме Mg) металлы (2-ая или IIАг руппа): Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra;
- элементы подгруппы бора (13-ая или IIIA группа), металлы (корме бора), не имеют специального названия: B, Al, Ga, In,Ti;
- элементы подгруппы углерода (14-ая или IVA группа) или кристаллогены : C, Si, Ge, Sn, Pb;
- элементы
подгруппы азота
(15-ая или VА группа),
устаревшее
название
пникогены
и его производное –
пниктиды
: N, P, As, Sb, Bi;
- элементы подгруппы кислорода (16 или VIА группа) или халькогены ,
- галогены (17-ая или VIIА группа),
- благородные или инертные газы (18-ая или VIIIА группа)
Для элементов побочных подгрупп :
- лантаноиды (La – Lu),
- актиноиды (Ac – Lr) (названия лантаниды и актиниды использовать не рекомендовано);
- редкоземельные металлы (3-я или IIIВ группа, кроме актиноидов);
- семейство железа (Fe, Co, Ni);
- семейство платины или платиновые металлы (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt);
- благородные металлы (Au, Ag + платиновые: Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt)
- переходные элементы (d и f-элементы, то есть все элементы побочных подгрупп).
Простые вещества называют, как правило, так же, как и соответствующие элементы. Свои собственные названия имеют только аллотропные модификации углерода (алмаз, графит, карбин, фуллерены) и вторая модификация кислорода (озон). При названиях аллотропных модификаций остальных элементов обычно указывают ее краткую физическую характеристику (белый, красный, черный фосфор, кристаллическая и пластическая сера, серое и белое олово и т. д.).
Элементы кислород, азот, углерод и сера в соединениях с металлами или с менее электроотрицательными неметаллами могут образовывать анионы не только в характерных для них отрицательных степенях окисления ($O^{2-}, S^{2-}, N^{3-}, C^{4-}$, но и ионы, в которых степени окисления элемента зависят от количества атомов в "мостиковых" структурах. Степень окисления углерода в органических соединениях определяется специальными способами (см. тему "Определение степени окисления углерода"). Так, например, элемент кислород может образовывать перекисные и надперекисные ионы, в которых атомы кислорода образуют "кислородные мостики" -O-O- или -O-O-O-. Такие анионы имеют собственные названия: $(O_2)^{2-}$ - пероксид; $(О_2)^-$ - надпероксид; $(О_3)^-$ - озонид; $(N_3)^-$ - азид; $(С_2)^{2-}$ - ацетиленид; $(S_2)^{2-}$ - дисульфид; $(Sn)^{2-}$ - полисульфид.
Названия некоторых стабильных анионов, состоящих из атомов более чем одного элемента, традиционно также имеют окончания -ид: $(OH)^-$ - гидроксид; $(CN)^-$ - цианид; $(CN_2)^{2-}$ - цианамид; $(NH_2)^-$ - амид; $(NH)^{2-}$ - имид; $(SCN)^-$ - роданид.
КЛАССИФИКАЦИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Общие принципы классификации неорганических веществ представлены на схеме. Исходя из данной классификации, все неорганические вещества могут быть подразделены на простые и сложные.
Определение
Простые вещества состоят из атомов одинаковых элементов и подразделяются на металлы, неметаллы и инертные газы.
Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом.
В свою очередь, на основании общности свойств, сложные неорганические вещества можно условно разделить на четыре основных класса: бинарные соединения, оксиды, гидроксиды,соли.
Классификация и номенклатура бинарных соединений подробно рассмотрена в теме "Бинарные соединения".
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ ОКСИДОВ
Определение
Оксидами называются бинарные химические соединения, состоящие из элементов металлов или неметаллов и кислорода. Или, другими словами, оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.
Классификация оксидов основывается на химических свойствах соединений, обусловленных химическим строением (то есть типом образующихся связей и типом кристаллической решетки, строением и электронными характеристиками элементов).
По физическим свойствам оксиды различаются агрегатным состоянием , температурами плавления и кипения, цветом, запахом, растворимостью в воде.
По агрегатному состоянию оксиды бывают:
- твердыми (все оксиды металлов, оксид кремния, оксид фосфора),
- жидкими (вода $H_2O$),
- газообразными (практически все остальные оксиды неметаллов).
По химическим свойствам оксиды делятся на несолеобразующие и солеобразующие.
Определение
Солеобразующими являются оксиды, способные образовывать гидроксиды при соединении с водой.
Последние, в свою очередь могут проявлять свойства кислот, оснований или обладать амфотерными свойствами. Поэтому солеобразующие оксиды принято разделять на основные, кислотные и амфотерные.
КЛАССИФИКАЦИЯ кислот и оснований
Из начального курса химии вам знакомо следующее определение кислот и оснований:
Определение
Кислоты - это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотных остатков. Общая формула кислот: $H_x(Ac)^{-n}$, где Ac - кислотный остаток (acid - англ. кислота), х - число атомов водорода, n - степень окисления кислотного остатка. В кислотах x=n.
Определение
Основания (гидроксиды) - это сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп (-OH). Общая формула оснований: $M^{+n}(OH)_x$, где n - степень окисления металла, х - число гидроксильных групп. n=x.
Следует отметить, что и основания и кислоты относятся к классу гидроксидов, так как содержат гидроксогруппы (-ОН). Поэтому кислоты также называют кислотными гидроксидами, а основания - основными гидроксидами.
Кислотно-основные взаимодействия чрезвычайно распространены в природе и находят широкое применение в научной и производственной практике. Теория кислот и оснований - совокупность фундаментальных физико-химических представлений, описывающих природу и свойства кислот и оснований. Кроме привычного определения 8-го класса существуют другие теории:
Теория | Содержание | Примеры |
---|---|---|
Теория электролиической диссоциации Аррениуса |
Кислоты - это вещества, образующие в водном растворе ионы - гидратированные катионы водорода $H^+$ (ионы гидроксония $H_3O$) и анионы кислотного остатка, или другими словами, это электролиты, диссоциирующие на катионы водорода и анионы кислотного остатка. Основания - сложные вещества-электролиты, диссоциирующие с образованием гидроксид-иона и катиона металла. |
$NaOH \Leftrightarrow Na^+ + OH^-$ основание $HNO_3 \Leftrightarrow H^+ + NO_3^-$ кислота |
Протолитическая теория Бренстеда |
Кислоты - это сложные вещества, которые в результате гетеролитического разрыва отдают частицу с положительным зарядом - протон водорода (кислота Бренстэда) Основание - это химическое соединение, способное образовывать ковалентную связь с протоном (основание Брёнстеда) |
$HCl + NH_3 = NH_4^+ + Cl^-$ к-та осн. к-та осн. |
Теория Льюиса |
Кислота - молекула либо ион, имеющее вакантные электронные орбитали, являющееся акцептором электронной пары (кислота Льюиса) Основание - это химическое соединение, способное образовывать ковалентную связь с вакантной орбиталью другого химического соединения |
Более подробно эта тема изложена в разделе "Современные понятия о строении и свойствах кислот и оснований".
Классификация кислот
проводится по следующим формальным признакам:
1. по основности, то есть количеству атомов водорода: одно- ($HCl$), двух- ($H_2S$) и трехосновные ($H_3PO_4$);
2. по наличию атомов кислорода : кислородсодержащие ($H_2CO_3$) и бескислородные (HCL);
3. по силе, то есть степени диссоциации: сильные ($HCl, HNO_3, H_2SO_4, HClO_4$ и др.), слабые ($H_2S, H_2CO_3, CH_3COOH$ и др.)
4. по устойчивости: у стойчивые ($H_2SO_4$); неустойчивые ($H_2CO_3$).
5. по принадлежности к классам химических соединений: неорганические (HBr); органические ($HCOOH,CH_3COOH$);
6. по летучести : летучие ($HNO_3,H_2S, HCl$); нелетучие ($H_2SO_4$);
7. по растворимости в воде : растворимые ($H_2SO_4$); нерастворимые ($H_2SiO_3$);
Классификация оснований
проводится по следующим формальным признакам: :
1. по кислотности (количеству гидроксильных групп): однокислотные (NaOH), двукислотные ($Ca(OH)_2$), тркхкислотные ($Al(OH)_3$)
2. по растворимости : щелочи или растворимые основания ($KOH, NaOH$), нерастворимые ($Mg(OH)_2, Cu(OH)_2$)
3. по силе (степени диссоциации): сильные (NaOH), слабые ($Cu(OH)_2$)
** Не следует путать силу основания и его растворимость. Например, гидроксид кальция – сильное основание, хотя его растворимость в воде не велика. В данном случае сильным основанием (щелочью) считают ту часть гидроксида кальция, которая растворена в воде.
АМФОТЕРНЫЕ ГИДРОКСИДЫ
Определение
Амфотерные гидроксиды - это сложные вещества, которые проявляют и свойства кислот, и свойства оснований.
Формулу амфотерных гидроксидов можно записать и в виде кислоты и в виде основания, например: гидроксид алюминия можно записать в форме основания как $Al(OH)_3$. Если сосчитать общее количество атомов водорода и кислорода, то можно записать: $H_3ALO_3$ или простейшую формулу - $HAlO_2$.
Амфотерные оксиды и гидроксиды образуются амфотерными элементами. Запомните! Амфотерные свойства проявляют элементы-металлоиды: Al, Zn, В, Be, Fe(III), Cr (III) и некоторые другие переходные элементы, имеющие различные степени окисления и расположенные на диагонали амфотерности в ПС (см. тему "Периодическая система, как условная запись периодического закона"). Металлы А‑групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Be‑Al‑Ge‑Sb‑Po, а также примыкающие к ним металлы (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявляют типично металлических свойств.
Проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ СОЛЕЙ
Определение солей, также как и определение кислот и оснований имеет несколько вариантов. В школьном курсе 8-ого класса определение солей следующее:
Определение
Соли - это сложные вещества, состоящие из катионов металла (иона аммония) и анионов кислотных остатков. Общая формула солей: $M^{+n}_xAc^{m-}_y$, где n, m - степени окисления металла и кислотного остатка, x, y - количество атомов металла и кислотного остатка соответственно. m=x и n=y
Такое определение относится к средним солям, которые образуются в результате реакции нейтрализации между кислотой и основанием, то есть могут быть получены при взаимодействии кислот и оснований с выделением воды. Поэтому более точное определение средних солей:
Определение
Средние соли - это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла, или полного замещения гидроксогрупп в молекуле основания - кислотными остатками.
С точки зрения теории электролитической диссоциации (ТЭД):
Соли - это сложные вещества, которые в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков.
Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) определяет соли, как химические соединения, состоящие из катионов и анионов.
Таким образом классификацию солей можно проводить:
1. по растворимости : растворимые, малорастворимые и нерастворимые (определить к какой группе относится соль можно по таблице растворимости)
2. по степени замещения ионов водорода и гидроксильных групп : средние, кислые, основные, двойные, смешанные. Более подробно тема рассмотрена в разделе "Классификация и номенклатура солей".
В таблице приведены примеры и определения кислых и основных солей.
средние | кислые | основные | двойные | |
---|---|---|---|---|
Продукт полного замещения водорода кислоты на металл | Продукт неполного замещения водорода кислоты на металл (известны только для многоосновных кислот) | Продукт неполного замещения гидроксильных групп основания на кислотный остаток (известны только для многокислотных оснований) | Продукт полного замещения атомов водорода двух- или многоосновной кислоты двумя различными металлами | |
Na$_2$SO$_4$ сульфат натрия CuCl$_2$ хлорид меди(II) $Ca_3(PO_4)_2$ ортофосфат кальция |
гидросульфат натрия CaHPO$_4$ гидроортофосфат кальция Ca(H$_2$PO$_4$)$_2$ дигидроортофосфат кальция |
гидроксохлорид меди (II) Ca$_5$(PO$_4$)$_3$(OH) гидроксоортофосфат кальция |
$NaKCO_3$ карбонат калия-натрия сульфат алюминия-калия |
Отдельный большой класс составляют комплексные соли , которые относятся к комплексным соединениям.
Определение
Комплексные соединения или координационные соединения - частицы (нейтральные молекулы или ионы), которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами .
Внутренняя сфера комплексного соединения - центральный атом со связанными с ним лигандами, то есть, собственно, комплексная частица.
Внешняя сфера комплексного соединения - остальные частицы, связанные с комплексной частицей ионной или межмолекулярными связями, включая водородные.
Например, рассмотрим строение комплексной соли $K_3$ - гексацианоферрат (III) калия.
Внутренняя сфера образована ионом железа (III), поэтому это - комплексообразователь, имеющий степень окисления +3. Вокруг этого иона скоординировано шесть ионов $CN^-$. Это лиганды, кординационное число равно шести. Общий заряд внутренней сферы равен: (+3)+ (-1)х6=(-3).
Внешняя сфера образована катионами калия $K^+$. В соответствии с зарядом внутренней сферы, равному (-3), во внешней сфере должно находится 3 иона калия.
Комплексные соли, имеющие внешнюю сферу, в водном растворе полностью диссоциируют на комплексный малодиссоцирующий катион или анион.
Комплексные соединения без внешней сферы в воде нерастворимы (например, карбонилы металлов).
Классификация неорганических веществ и их номенклатура основаны на наиболее простой и постоянной во времени характеристике -
химическом составе , который показывает атомы элементов, образующих данное вещество, в их числовом отношении. Если вещество из атомов одного химического элемента, т.е. является формой существования этого элемента в свободном виде, то его называют простым веществом ; если же вещество из атомов двух или большего числа элементов, то его называют сложным веществом . Все простые вещества (кроме одноатомных) и все сложные вещества принято называть химическими соединениями , так как в них атомы одного или разных элементов соединены между собой химическими связями.Номенклатура неорганических веществ состоит из формул и названий. Химическая формула - изображение состава вещества с помощью символов химических элементов, числовых индексов и некоторых других знаков. Химическое название - изображение состава вещества с помощью слова или группы слов. Построение химических формул и названий определяется системой номенклатурных правил .
Символы и наименования химических элементов приведены в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Элементы условно делят на металлы
и неметаллы . К неметаллам относят все элементы VIIIА-группы (благородные газы) и VIIА-группы (галогены), элементы VIА-группы (кроме полония), элементы азот, фосфор, мышьяк (VА-группа); углерод, кремний (IVА-группа); бор (IIIА-группа), а также водород. Остальные элементы относят к металлам.При составлении названий веществ обычно применяют русские наименования элементов, например, дикислород, дифторид ксенона, селенат калия. По традиции для некоторых элементов в производные термины вводят корни их латинских наименований:
Ag - аргент |
N - нитр |
As - арс, арсен |
Ni - никкол |
Au - аур |
O - окс, оксиген |
C - карб, карбон |
Pb - плюмб |
Cu - купр |
S - сульф |
Fe - ферр |
Sb - стиб |
H - гидр, гидроген |
Si - сил, силик, силиц |
Hg - меркур |
Sn - станн |
Mn - манган |
Например
: карбонат, манганат, оксид, сульфид, силикат.Названия простых веществ состоят из одного слова - наименования химического элемента с числовой приставкой, например:
Используются следующие числовые приставки
:
1 - моно |
7 - гепта |
2 - ди |
|
3 - три |
9 - нона |
4 - тетра |
|
5 - пента |
11 - ундека |
6 - гекса |
12 - додека |
Неопределенное число указывается числовой приставкой
n - поли.Для некоторых простых веществ используют также специальные названия, такие, как О
3 - озон, Р 4 - белый фосфор.Химические формулы сложных веществ составляют из обозначения электроположительной (условных и реальных катионов) и электроотрицательной (условных и реальных анионов) составляющих, например,
CuSO 4 (здесь Cu 2+ - реальный катион, SO 4 2- - реальный анион) и PCl 3 (здесь P +III - условный катион, Cl - I - условный анион).Названия сложных веществ составляют по химическим формулам справа налево. Они складываются из двух слов - названий электроотрицательных составляющих (в именительном падеже) и электроположительных составляющих (в родительном падеже), например:
CuSO 4 -
сульфат меди(II) Число электроположительных и электроотрицательных составляющих в названиях указывают числовыми приставками, приведенными выше (универсальный способ), либо степенями окисления (если они могут быть определены по формуле) с помощью римских цифр в круглых скобках (знак плюс опускается). В ряде случаев приводят заряд ионов (для сложных по составу катионов и анионов), используя арабские цифры с соответствующим знаком. Для распространенных многоэлементных катионов и анионов применяют следующие специальные названия:
PCl 3 -
трихлорид фосфора
LaCl 3 -
хлорид лантана(III)
СО -
монооксид углерода
H 2 F + - фтороний |
C 2 2- - ацетиленид |
H 3 O + - оксоний |
CN - - цианид |
H 3 S + - сульфоний |
CNO - - фульминат |
NH 4 + - аммоний |
HF 2 - - гидродифторид |
N 2 H 5 + - гидразиний(1+) |
HO 2 - - гидропероксид |
N 2 H 6 + - гидразиний(2+) |
HS - - гидросульфид |
NH 3 OH + - гидроксиламиний |
N 3 - - азид |
NO + - нитрозил |
NCS - - тиоционат |
NO 2 + - нитроил |
O 2 2 - - пероксид |
O 2 + - диоксигенил |
O 2 - - надпероксид |
PH 4 + - фосфоний |
O 3 - - озонид |
VO 2 + - ванадил |
OCN - - цианат |
UO 2 + - уранил |
OH - - гидроксид |
Для небольшого числа хорошо известных веществ также используют специальные названия:
AsH 3 - арсин |
HN 3 - азидоводород |
B 2 H 6 - боран |
H 2 S - сероводород |
B 4 H 10 - тетраборан(10) |
NH 3 - аммиак |
HCN - циановодород |
N 2 H 4 - гидразин |
HCl - хлороводород |
NH 2 OH - гидроксиламин |
HF - фтороводород |
PH 3 - фосфин |
HI - иодоводород |
SiH 4 - силан |
Гидроксиды - тип сложных веществ, в состав которых входят атомы некоторого элемента Е (кроме фтора и кислорода) и гидроксогруппы ОН; общая формула гидроксидов Е(ОН)
n , где n = 1÷6. Форма гидроксидов Е(ОН) n называется орто -формой; при n > 2 гидроксид может находиться также в мета -форме, включающей кроме атомов Е и групп ОН еще атомы кислорода О, например Е(ОН) 3 и ЕО(ОН), Е(ОН) 4 и Е(ОН) 6 и ЕО 2 (ОН) 2 .Гидроксиды делят на две противоположные по химическим свойствам группы: кислотные и основные гидроксиды.
Кислотные гидроксиды содержат атомы водорода, которые могут замещаться на атомы металла при соблюдении правила стехиометрической валентности. Большинство кислотных гидроксидов находится в мета -форме, причем атомы водорода в формулах кислотных гидроксидов ставят на первое место, например
H 2 SO 4 , HNO 3 и H 2 CO 3 , а не SO 2 (OH) 2 , NO 2 (OH) и CO(OH) 2 . Общая формула кислотных гидроксидов - Н х ЕО у , где электроотрицательную составляющую ЕО у х- называют кислотным остатком. Если не все атомы водорода замещены на металл, то они остаются в составе кислотного остатка.Названия распространенных кислотных гидроксидов состоят из двух слов: собственного названия с окончанием “ая” и группового слова “кислота”. Приведем формулы и собственные названия распространенных кислотных гидроксидов и их кислотных остатков (прочерк означает, что гидроксид не известен в свободном виде или в кислом водном растворе):
кислотный гидроксид |
кислотный остаток |
HAsO 2 - метамышьяковистая |
AsO 2 - - метаарсенит |
H 3 AsO 3 - ортомышьяковистая |
AsO 3 3- - ортоарсенит |
H 3 AsO 4 - мышьяковая |
AsO 4 3- - арсенат |
4 О 7 2- - тетраборат | |
iО 3 - - висмутат | |
HBrO - бромноватистая |
BrO - - гипобромит |
HBrO 3 - бромноватая |
BrO 3 - - бромат |
H 2 CO 3 - угольная |
CO 3 2- - карбонат |
HClO - хлорноватистая |
ClO - - гипохлорит |
HClO 2 - хлористая |
ClO 2 - - хлорит |
HClO 3 - хлорноватая |
ClO 3 - - хлорат |
HClO 4 - хлорная |
ClO 4 - - перхлорат |
H 2 CrO 4 - хромовая |
CrO 4 2- - хромат |
CrO 4 - - гидрохромат | |
H 2 Cr 2 О 7 - дихромовая |
Cr 2 O 7 2- - дихромат |
FeO 4 2- - феррат |
|
HIO 3 - иодноватая |
IO 3 - - иодат |
HIO 4 - метаиодная |
IO 4 - - метапериодат |
H 5 IO 6 - ортоиодная |
IO 6 5- - ортопериодат |
HMnO 4 - марганцовая |
MnO 4 - - перманганат |
MnO 4 2- - манганат |
|
Mо O 4 2- - молибдат |
|
HNO 2 - азотистая |
NO 2 - - нитрит |
HNO 3 - азотная |
NO 3 - - нитрат |
HPO 3 - метафосфорная |
PO 3 - - метафосфат |
H 3 PO 4 - ортофосфорная |
PO 4 3- - ортофосфат |
PO 4 2- - гидроортофосфат | |
2 PO 4 - - дигидроотофосфат | |
H 4 P 2 O 7 - дифосфорная |
P 2 O 7 4- - дифосфат |
ReO 4 - - перренат |
|
SO 3 2- - сульфит |
|
HSO 3 - - гидросульфит |
|
H 2 SO 4 - серная |
SO 4 2- - сульфат |
SO 4 - - гидросульфат | |
H 2 S 2 O 7 - дисерная |
S 2 O 7 2- - дисульфат |
H 2 S 2 O 6 (O 2) - пероксодисерная |
S 2 O 6 (O 2) 2- - пероксодисульфат |
H 2 SO 3 S - тиосерная |
SO 3 S 2- - тиосульфат |
H 2 SeO 3 - селенистая |
SeO 3 2- - селенит |
H 2 SeO 4 - селеновая |
SeO 4 2- - селенат |
H 2 SiO 3 - метакремниевая |
SiO 3 2- - метасиликат |
H 4 SiO 4 - ортокремниевая |
SiO 4 4- - ортосиликат |
H 2 TeO 3 - теллуристая |
TeO 3 2- - теллурит |
H 2 TeO 4 - метателлуровая |
TeO 4 2- - метателлурат |
H 6 TeO 6 - ортотеллуровая |
TeO 6 6- - ортотеллурат |
VO 3 - - метаванадат |
|
VO 4 3- - ортованадат |
|
WO 4 3- - вольфрамат |
Менее распространенные кислотные гидроксиды называют по номенклатурным правилам для комплексных соединений, например:
Названия кислотных остатков используют при построении названий солей.
Основные гидроксиды содержат гидроксид-ионы, которые могут замещаться на кислотные остатки при соблюдении правила стехиометрической валентности. Все основные гидроксиды находятся в орто -форме; их общая формула М(ОН)
n , где n = 1,2 (реже 3,4) и М n +- катион металла. Примеры формул и названий основных гидроксидов:Важнейшим химическим свойством основных и кислотных гидроксидов является их взаимодействие их между собой с образованием солей (реакция солеобразования ), например:
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2H 2 O
Ca(OH) 2 + 2H 2 SO 4 = Ca(HSO 4) 2 + 2H 2 O
2Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = Ca 2 SO 4 (OH) 2 + 2H 2 O
Соли - тип сложных веществ, в состав которых входят катионы М
n + и кислотные остатки*.Соли с общей формулой М х (ЕО у
) n называют средними солями, а соли с незамещенными атомами водорода, - кислыми солями. Иногда соли содержат в своем составе также гидроксид - или(и) оксид - ионы; такие соли называют основными солями. Приведем примеры и названия солей:
- ортофосфат кальция |
|
- дигидроортофосфат кальция |
|
- гидроортофосфат кальция |
|
Карбонат меди(II) |
|
Cu 2 CO 3 (OH) 2 |
- дигидроксид-карбонат димеди |
Нитрат лантана(III) |
|
- оксид-динитрат титана |
Кислые и основные соли могут быть превращены в средние соли взаимодействием с соответствующим основным и кислотным гидроксидом, например:
Ca(HSO 4) 2 + Ca(OH) = CaSO 4 + 2H 2 O
Ca 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 SO 4 = 2CaSO 4 + 2H 2 O
Встречаются также соли, содерхащие два разных катиона: их часто называют двойными солями
, например:
Оксиды Е х О у
- продукты полной дегидратации гидроксидов:Кислотным гидроксидам
(H 2 SO 4 , H 2 CO 3) отвечают кислотные оксиды (SO 3 , CO 2), а основным гидроксидам (NaOH, Ca(OH) 2) - основные оксиды (Na 2 O, CaO), причем степень окисления элемента Е не изменяется при переходе от гидроксида к оксиду. Пример формул и названий оксидов:Кислотные и основные оксиды сохраняют солеобразующие свойства соответствующих гидроксидов при взаимодействии с противоположными по свойствам гидроксидами или между собой:
N 2 O 5 + 2NaOH = 2NaNO 3 + H 2 O
3CaO + 2H 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O
La 2 O 3 + 3SO 3 = La 2 (SO 4) 3
Амфотерность
(а ) 2Al(OH) 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
(б ) 2Al(OH) 3 + Na 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 O
Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O
Так, гидроксид и оксид алюминия в реакциях (а) проявляют свойства основных
гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с кислотными гидроксидам и оксидом, образуя соответствующую соль -
сульфат алюминия Если указанные реакции протекают в водном растворе, то состав образующихся солей меняется, но присутствие алюминия в катионе и анионе остаётся:
2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = 2 (SO 4) 3
Al(OH) 3 + NaOH = Na
Здесь квадратными скобками выделены комплексные ионы Элементы, проявляющие в соединениях металлические и неметаллические свойства, называют амфотерными, к ним относятся элементы А-групп Периодической системы -
Амфотерные гидроксиды (если степень окисления элемента превышает +
II) могут находиться в орто - или (и) мета - форме. Приведем примеры амфотерных гидроксидов:Амфотерным оксидам не всегда соответствуют амфотерные гидроксиды, поскольку при попытке получения последних образуются гидратированные оксиды, например:
Если амфотерному элементу в соединениях отвечает несколько степеней окисления, то амфотерность соответствующих оксидов и гидроксидов (а следовательно, и амфотерность самого элемента) будет выражена по-разному. Для низких степеней окисления у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание основных свойств, а у самого элемента - металлических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав катионов. Для высоких степеней окисления, напротив, у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание кислотных свойств, а у самого элемента - неметаллических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав анионов. Так, у оксида и гидроксида марганца(
II) доминируют основные свойства, а сам марганец входит в состав катионов типа [ Mn(H 2 O) 6 ] 2+ , тогда как у оксида и гидроксида марганца(VII) доминируют кислотные свойства, а сам марганец входит в состав аниона типа MnO 4 - . Амфотерным гидроксидам с большим преобладанием кислотных свойств приписывают формулы и названия по образцу кислотных гидроксидов, например Н Mn VII O 4 - марганцовая кислота.Таким образом, деление элементов на металлы и неметаллы - условное; между элементами (
Na, K, Ca, Ba и др.) с чисто металлическими и элементами (F, O, N, Cl, S, C и др.) с чисто неметаллическими свойствами существует большая группа элементов с амфотерными свойствами.Обширный тип неорганических сложных веществ - бинарные соединения. К ним относятся, в первую очередь все двухэлементные соединения (кроме основных, кислотных и амфотерных оксидов), например
H 2 O, KBr, H 2 S, Cs 2 (S 2), N 2 O, NH 3 , HN 3 , CaC 2 , SiH 4 . Электроположительная и электроотрицательная составляющие формул этих соединений включают отдельные атомы или связанные группы атомов одного элемента.Многоэлементные вещества, в формулах которых одна из составляющих содержит не связанные между собой атомы нескольких элементов, а также одноэлементные или многоэлементные группы атомов (кроме гидроксидов и солей), рассматривают как бинарные соединения, например
CSO, IO 2 F 3 , SBrO 2 F, CrO(O 2) 2 , PSI 3 , (CaTi)O 3 , (FeCu)S 2 , Hg(CN) 2 , (PF 3) 2 O, VCl 2 (NH 2 ). Так, CSO можно представить как соединение CS 2 , в котором один атом серы заменен на атом кислорода.Названия бинарных соединений строятся по обычным номенклатурным правилам, например:
OF 2 - дифторид кислорода |
K 2 O 2 - пероксид калия |
HgCl 2 - хлорид ртути(II) |
Na 2 S - сульфид натрия |
Hg 2 Cl 2 - дихлорид диртути |
Mg 3 N 2 - нитрид магния |
SBr 2 O - оксид-дибромид серы |
NH 4 Br - бромид аммония |
N 2 O - оксид диазота |
Pb(N 3) 2 - азид свинца(II) |
NO 2 - диоксид азота |
CaC 2 - ацетиленид кальция |
Для некоторых бинарных соединений используют специальные названия, список которых был приведен ранее.
Химические свойства бинарных соединений довольно разнообразны, поэтому их часто разделяют на группы по названию анионов, т.е. отдельно рассматривают галогениды, халькогениды, нитриды, карбиды, гидриды и т. д. Среди бинарных соединений встречаются и такие, которые имеют некоторые признаки других типов неорганических веществ. Так, соединения
CO, NO, NO 2 , и (Fe II Fe 2 III)O 4 , названия которых строятся с применением слова оксид, к типу оксидов (кислотных, основных, амфотерных) отнесены быть не могут. Монооксид углерода СО, монооксид азота NO и диоксид азота NO 2 не имеют соответствующих кислотных гидроксидов (хотя эти оксиды образованы неметаллами С и N), не образуют они и солей, в состав анионов которых входили бы атомы С II , N II и N IV . Двойной оксид (Fe II Fe 2 III)O 4 - оксид дижелеза(III)-железа(II) хотя и содержит в составе электроположительной составляющей атомы амфотерного элемента - железа, но в двух разных степенях окисления, вследствие чего при взаимодействии с кислотными гидроксидами образует не одну, а две разные соли.Такие бинарные соединения, как
AgF, KBr, Na 2 S, Ba(HS) 2 , NaCN, NH 4 Cl, и Pb(N 3) 2 , построены, подобно солям, из реальных катионов и анионов, поэтому их называют солеобразными бинарными соединениями (или просто солями). Их можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в соединениях Н F, Н Cl, Н Br, Н 2 S, Н CN и Н N 3 . Последние в водном растворе обладают кислотной функцией, и поэтому их растворы называют кислотами, например Н F(aqua) - фтороводородная кислота, Н 2 S(aqua) - сероводородная кислота. Однако они не принадлежат к типу кислотных гидроксидов, а их производные - к солям в рамках классификации неорганических веществ.