Металл и кислотный остаток
Классификация неорганических веществ с примерами соединений
Теперь проанализируем представленную выше классификационную схему более детально.
Как мы видим, прежде всего все неорганические вещества делятся на простые и сложные:
Простыми веществами называют такие вещества, которые образованы атомами только одного химического элемента. Например, простыми веществами являются водород H2, кислород O2, железо Fe, углерод С и т.д.
Среди простых веществ различают металлы, неметаллы и благородные газы:
Металлы образованы химическими элементами, расположенными ниже диагонали бор-астат, а также всеми элементами, находящимися в побочных группах.
Благородные газы образованы химическими элементами VIIIA группы.
Неметаллы образованы соответственно химическими элементами, расположенными выше диагонали бор-астат, за исключением всех элементов побочных подгрупп и благородных газов, расположенных в VIIIA группе:
Названия простых веществ чаще всего совпадают с названиями химических элементов, атомами которых они образованы. Однако для многих химических элементов широко распространено такое явление, как аллотропия. Аллотропией называют явление, когда один химический элемент способен образовывать несколько простых веществ. Например, в случае химического элемента кислорода возможно существование молекулярных соединений с формулами O2 и O3. Первое вещество принято называть кислородом так же, как и химический элемент, атомами которого оно образовано, а второе вещество (O3) принято называть озоном. Под простым веществом углеродом может подразумеваться любая из его аллотропных модификаций, например, алмаз, графит или фуллерены. Под простым веществом фосфором могут пониматься такие его аллотропные модификации, как белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор.
Сложные вещества
Сложными веществами называют вещества, образованные атомами двух или более химических элементов.
Так, например, сложными веществами являются аммиак NH3, серная кислота H2SO4, гашеная известь Ca(OH)2 и бесчисленное множество других.
Среди сложных неорганических веществ выделяют 5 основных классов, а именно оксиды, основания, амфотерные гидроксиды, кислоты и соли:
Оксиды — сложные вещества, образованные двумя химическими элементами, один из которых кислород в степени окисления -2.
Общая формула оксидов может быть записана как ЭxOy, где Э — символ какого-либо химического элемента.
Номенклатура оксидов
Название оксида химического элемента строится по принципу:
Fe2O3 — оксид железа (III); CuO — оксид меди (II); N2O5 — оксид азота (V)
Нередко можно встретить информацию о том, что в скобках указывается валентность элемента, однако же это не так. Так, например, степень окисления азота N2O5 равна +5, а валентность, как это ни странно, равна четырем.
В случае, если химический элемент имеет единственную положительную степень окисления в соединениях, в таком случае степень окисления не указывается. Например:
Na2O — оксид натрия; H2O — оксид водорода; ZnO — оксид цинка.
Классификация оксидов
Оксиды по их способности образовывать соли при взаимодействии с кислотами или основаниями подразделяют соответственно на солеобразующие и несолеобразующие.
Несолеобразующих оксидов немного, все они образованы неметаллами в степени окисления +1 и +2. Список несолеобразующих оксидов следует запомнить: CO, SiO, N2O, NO.
Солеобразующие оксиды в свою очередь подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основными оксидами называют такие оксиды, которые при взаимодействии с кислотами (или кислотными оксидами) образуют соли. К основным оксидам относят оксиды металлов в степени окисления +1 и +2, за исключением оксидов BeO, ZnO, SnO, PbO.
Амфотерными оксидами называют оксиды, которые могут реагировать как с кислотами, так и основаниями, и в результате этих реакций образуют соли. Такие оксиды проявляют двойственную кислотно-основную природу, то есть могут проявлять свойства как кислотных, так и основных оксидов. К амфотерным оксидам относятся оксиды металлов в степенях окисления +3, +4, а также в качестве исключений оксиды BeO, ZnO, SnO, PbO.
Некоторые металлы могут образовывать все три вида солеобразующих оксидов. Например, хром образует основный оксид CrO, амфотерный оксид Cr2O3 и кислотный оксид CrO3.
Как можно видеть, кислотно-основные свойства оксидов металлов напрямую зависят от степени окисления металла в оксиде: чем больше степень окисления, тем сильнее выражены кислотные свойства.
Основания
Основания — соединения с формулой вида Me(OH)x, где x чаще всего равен 1 или 2.
Исключения: Be(OH)2, Zn(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH)2 не относятся к основаниям, несмотря на степень окисления металла +2. Данные соединения являются амфотерными гидроксидами, которые еще будут рассмотрены в этой главе более подробно.
Классификация оснований
Основания классифицируют по количеству гидроксогрупп в одной структурной единице.
Основания с одной гидроксогруппой, т.е. вида MeOH, называют однокислотными основаниями, с двумя гидроксогруппами, т.е. вида Me(OH)2, соответственно, двухкислотными и т.д.
Также основания подразделяют на растворимые (щелочи) и нерастворимые.
К щелочам относятся исключительно гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, а также гидроксид таллия TlOH.
Номенклатура оснований
Название основания строится по нижеследующему принципу:
Fe(OH)2 — гидроксид железа (II),
Cu(OH)2 — гидроксид меди (II).
В тех случаях, когда металл в сложных веществах имеет постоянную степень окисления, указывать её не требуется. Например:
NaOH — гидроксид натрия,
Ca(OH)2 — гидроксид кальция и т.д.
Кислоты
Кислоты — сложные вещества, молекулы которых содержат атомы водорода, способные замещаться на металл.
Общая формула кислот может быть записана как HxA, где H — атомы водорода, способные замещаться на металл, а A — кислотный остаток.
Например, к кислотам относятся такие соединения, как H2SO4, HCl, HNO3, HNO2 и т.д.
Классификация кислот
По количеству атомов водорода, способных замещаться на металл, кислоты делятся на:
— одноосновные кислоты: HF, HCl, HBr, HI, HNO3;
Следует отметить, что количество атомов водорода в случае органических кислот чаще всего не отражает их основность. Например, уксусная кислота с формулой CH3COOH, несмотря на наличие 4-х атомов водорода в молекуле, является не четырех-, а одноосновной. Основность органических кислот определяется количеством карбоксильных групп (-COOH) в молекуле.
Также по наличию кислорода в молекулах кислоты подразделяют на бескислородные (HF, HCl, HBr и т.д.) и кислородсодержащие (H2SO4, HNO3, H3PO4 и т.д.). Кислородсодержащие кислоты называют также оксокислотами.
Более детально про классификацию кислот можно почитать здесь.
Номенклатура кислот и кислотных остатков
Нижеследующий список названий и формул кислот и кислотных остатков обязательно следует выучить.
В некоторых случаях облегчить запоминание может ряд следующих правил.
Как можно видеть из таблицы выше, построение систематических названий бескислородных кислот выглядит следующим образом:
HF — фтороводородная кислота;
HCl — хлороводородная кислота;
H2S — сероводородная кислота.
Названия кислотных остатков бескислородных кислот строятся по принципу:
Например, Cl — — хлорид, Br — — бромид.
Названия кислородсодержащих кислот получают добавлением к названию кислотообразующего элемента различных суффиксов и окончаний. Например, если кислотообразующий элемент в кислородсодержащей кислоте имеет высшую степень окисления, то название такой кислоты строится следующим образом:
Например, серная кислота H2S +6 O4, хромовая кислота H2Cr +6 O4.
Все кислородсодержащие кислоты могут быть также классифицированы как кислотные гидроксиды, поскольку в их молекулах обнаруживаются гидроксогруппы (OH). Например, это видно из нижеследующих графических формул некоторых кислородсодержащих кислот:
Таким образом, серная кислота иначе может быть названа как гидроксид серы (VI), азотная кислота — гидроксид азота (V), фосфорная кислота — гидроксид фосфора (V) и т.д. При этом число в скобках характеризует степень окисления кислотообразующего элемента. Такой вариант названий кислородсодержащих кислот многим может показаться крайне непривычным, однако же изредка такие названия можно встретить в реальных КИМах ЕГЭ по химии в заданиях на классификацию неорганических веществ.
Амфотерные гидроксиды
Амфотерные гидроксиды — гидроксиды металлов, проявляющие двойственную природу, т.е. способные проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.
Амфотерными являются гидроксиды металлов в степенях окисления +3 и +4 (как и оксиды).
Также в качестве исключений к амфотерным гидроксидам относят соединения Be(OH)2, Zn(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH)2, несмотря на степень окисления металла в них +2.
Для амфотерных гидроксидов трех- и четырехвалентных металлов возможно существование орто- и мета-форм, отличающихся друг от друга на одну молекулу воды. Например, гидроксид алюминия (III) может существовать в орто-форме Al(OH)3 или мета-форме AlO(OH) (метагидроксид).
Поскольку, как уже было сказано, амфотерные гидроксиды проявляют как свойства кислот, так и свойства оснований, их формула и название также могут быть записаны по-разному: либо как у основания, либо как у кислоты. Например:
| Амфотерный гидроксид в форме основания | Амфотерный гидроксид в форме кислоты | «Кислотный» остаток |
| Zn(OH)2 гидроксид цинка | H2ZnO2 цинковая кислота | ZnO2 2- цинкат |
| Al(OH)3 (орто)гидроксид алюминия | H3AlO3 ортоалюминиевая кислота | AlO3 3- ортоалюминат |
| AlO(OH) метагидроксид алюминия | HAlO2 метаалюминиевая кислота | AlO2 — метаалюминат |
Соли — это сложные вещества, в состав которых входят катионы металлов и анионы кислотных остатков.
Так, например, к солям относятся такие соединения как KCl, Ca(NO3)2, NaHCO3 и т.д.
Представленное выше определение описывает состав большинства солей, однако же существуют соли, не попадающие под него. Например, вместо катионов металлов в состав соли могут входить катионы аммония или его органические производные. Т.е. к солям относятся такие соединения, как, например, (NH4)2SO4 (сульфат аммония), [CH3NH3] + Cl — (хлорид метиламмония) и т.д.
Также противоречат определению солей выше класс так называемых комплексных солей, которые будут рассмотрены в конце данной темы.
Классификация солей
С другой стороны, соли можно рассматривать как продукты замещения катионов водорода H + в кислоте на другие катионы или же как продукты замещения гидроксид-ионов в основаниях (или амфотерных гидроксидах) на другие анионы.
При полном замещении образуются так называемые средние или нормальные соли. Например, при полном замещении катионов водорода в серной кислоте на катионы натрия образуется средняя (нормальная) соль Na2SO4, а при полном замещении гидроксид-ионов в основании Ca(OH)2 на кислотные остатки нитрат-ионы образуется средняя (нормальная) соль Ca(NO3)2.
Соли, получаемые неполным замещением катионов водорода в двухосновной (или более) кислоте на катионы металла, называют кислыми. Так, при неполном замещении катионов водорода в серной кислоте на катионы натрия образуется кислая соль NaHSO4.
Соли, которые образуются при неполном замещении гидроксид-ионов в двухкислотных (или более) основаниях, называют основными солями. Например, при неполном замещении гидроксид-ионов в основании Ca(OH)2 на нитрат-ионы образуется основная соль Ca(OH)NO3.
Соли, состоящие из катионов двух разных металлов и анионов кислотных остатков только одной кислоты, называют двойными солями. Так, например, двойными солями являются KNaCO3, KMgCl3 и т.д.
Если соль образована одним типом катионов и двумя типами кислотных остатков, такие соли называют смешанными. Например, смешанными солями являются соединения Ca(OCl)Cl, CuBrCl и т.д.
Существуют соли, которые не попадают под определение солей как продуктов замещения катионов водорода в кислотах на катионы металлов или продуктов замещения гидроксид-ионов в основаниях на анионы кислотных остатков. Это — комплексные соли. Так, например, комплексными солями являются тетрагидроксоцинкат- и тетрагидроксоалюминат натрия с формулами Na2[Zn(OH)4] и Na[Al(OH)4] соответственно. Распознать комплексные соли среди прочих чаще всего можно по наличию квадратных скобок в формуле. Однако нужно понимать, что, чтобы вещество можно было отнести к классу солей, в его состав должны входить какие-либо катионы, кроме (или вместо) H + , а из анионов должны быть какие-либо анионы помимо (или вместо) OH — . Так, например, соединение H2[SiF6] не относится к классу комплексных солей, поскольку при его диссоциации из катионов в растворе присутствуют только катионы водорода H + . По типу диссоциации данное вещество следует скорее классифицировать как бескислородную комплексную кислоту. Аналогично, к солям не относится соединение [Ag(NH3)2]OH, т.к. данное соединение состоит из катионов [Ag(NH3)2] + и гидроксид-ионов OH — , т.е. его следует считать комплексным основанием.
Номенклатура солей
Номенклатура средних и кислых солей
Название средних и кислых солей строится по принципу:
Если степень окисления металла в сложных веществах постоянная, то ее не указывают.
Названия кислотных остатков были даны выше при рассмотрении номенклатуры кислот.
NaHSO4 — гидросульфат натрия;
CaCO3 — карбонат кальция;
Ca(HCO3)2 — гидрокарбонат кальция и т.д.
Номенклатура основных солей
Названия основных солей строятся по принципу:
(CuOH)2CO3 — гидроксокарбонат меди (II);
Fe(OH)2NO3 — дигидроксонитрат железа (III).
Номенклатура комплексных солей
Номенклатура комплексных соединений значительно сложнее, и для сдачи ЕГЭ многого знать из номенклатуры комплексных солей не нужно.
Следует уметь называть комплексные соли, получаемые взаимодействием растворов щелочей с амфотерными гидроксидами. Например:
*Одинаковыми цветами в формуле и названии обозначены соответствующие друг другу элементы формулы и названия.
Тривиальные названия неорганических веществ
Под тривиальными названиями понимают названия веществ не связанные, либо слабо связанные с их составом и строением. Тривиальные названия обусловлены, как правило, либо историческими причинами либо физическими или химическими свойствами данных соединений.
Список тривиальных названий неорганических веществ, которые необходимо знать:
Химические свойства солей
Впервые школьники знакомятся с химическими свойствами солей в 8 классе, и для понимания дальнейшего материала без этой темы никуда. Наша статья поможет освежить знания перед контрольной или экзаменом: вспомним, какие бывают соли и как они образуются, рассмотрим типичные реакции с ними.
О чем эта статья:
Соли — это сложные вещества, в состав которых входят катионы металла и анионы кислотного остатка. Иногда в состав солей входят водород или гидроксид-ион.
Классификация и номенклатура солей
Так как соли — это продукт полного или частичного замещения металлом атома водорода в кислоте, по составу их можно классифицировать следующим образом.
Кислые соли
Образованы неполным замещением атомов водорода на металл в кислоте.
В наименованиях кислых солей указывают количество водорода приставками «гидро-» или «дигидро-», название кислотного остатка и название металла. Если металл имеет переменную валентность, то в скобках указывают валентность.
Примеры кислых солей и их наименования:
LiHCO3 — гидрокарбонат лития,
NaHSO4 — гидросульфат натрия,
NaH2PO4 — дигидрофосфат натрия.
Средние соли
Образованы полным замещением атомов водорода в кислоте на металл.
Наименования средних солей складываются из названий кислотного остатка и металла. При необходимости указывают валентность.
Примеры средних солей с названиями:
CuSO4 — сульфат меди (II),
CaCl2 — хлорид кальция.
Основные соли
Продукт неполного замещения гидроксогрупп на кислотный остаток.
В наименованиях основных солей указывают количество гидроксид-ионов приставкой «гидроксо-» или «дигидроксо-», название кислотного остатка и название металла с указанием валентности.
Пример: Mg(OH)Cl — гидроксохлорид магния.
Двойные соли
В состав входят два разных металла и один кислотный остаток.
Наименование складывается из названия аниона кислотного остатка и названий металлов с указанием валентности (если металл имеет переменную валентность).
Примеры двойных солей и их наименования:
KNaSO4 — сульфат калия-натрия,
Смешанные соли
Содержат один металл и два разных кислотных остатка.
Наименования смешанных солей складываются из названия кислотных остатков (по усложнению) и названия металла с указанием валентности (при необходимости).
Примеры смешанных солей с наименованиями:
CaClOCl — хлорид-гиполхорит кальция,
PbFCl — фторид-хлорид свинца (II).
Комплексные соли
Образованы комплексным катионом или анионом, связанным с несколькими лигандами.
Называют комплексные соли по схеме: координационное число + лиганд с окончанием «-о» + комплексообразователь с окончанием «-ат» и указанием валентности + внешняя сфера, простой ион в родительном падеже.
Пример: K[Al(OH)4] — тетрагидроксоалюминат калия.
Гидратные соли
В состав входит молекула кристаллизационной воды.
Число молекул воды указывают численной приставкой к слову «гидрат» и добавляют название соли.
Пример: СuSO4∙5H2O — пентагидрат сульфата меди (II).
Получение солей
Получение средних солей
Средние соли можно образовать в ходе следующих реакций:
Так получают только соли бескислородных кислот.
Металл, стоящий левее H2 в ряду активности, с раствором кислоты:
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2
Металл с раствором соли менее активного металла:
Основный оксид + кислотный оксид:
Основный оксид и кислота:
Основание с кислотным оксидом:
Основание с кислотой (реакция нейтрализации):
Взаимодействие соли с кислотой:
Взаимодействие возможно, если одним из продуктов реакции будет нерастворимая соль, вода или газ.
Реакция раствора основания с раствором соли:
Взаимодействие растворов двух солей с образованием новых солей:
Получение кислых солей
Кислые соли образуются при взаимодействии:
Кислот с металлами:
Кислот с оксидами металлов:
Гидроксидов металлов с кислотами:
Кислот с солями:
Аммиака с кислотами:
Получение кислых солей возможно, если кислота в избытке.
Также кислые соли образуются в ходе реакции основания с избытком кислотного оксида:
Получение основных солей
Взаимодействие кислоты с избытком основания:
Добавление (по каплям) небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов:
Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями:
Получение комплексных солей
Реакции солей с лигандами:
Получение двойных солей
Двойные соли получают совместной кристаллизацией двух солей:
Химические свойства средних солей
Растворимые соли являются электролитами, следовательно, могут распадаться на ионы. Средние соли диссоциируют сразу:
Нитраты разлагаются в зависимости от активности металла соли:
| Металл | Левее Mg, кроме Li | От Mg до Cu | Правее Cu |
| Продукты | MeNO3 + O2 | MexOy + NO2 + O2 | Me + NO2 + O2 |
| Пример | 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2 | 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2 | 2AgNO3= 2Ag + 2NO2 + O2 |
Соли аммония разлагаются с выделением азота или оксида азота (I), если в составе анион, проявляет окислительные свойства. В остальных случаях разложение солей аммония сопровождается выделением аммиака:
Взаимодействие солей с металлами:
Более активные металлы вытесняют менее активные металлы из растворов солей.
Некоторые соли подвержены гидролизу:
Обменные реакции соли и кислоты, соли с основаниями и взаимодействие солей с солями:
Окислительно-восстановительные реакции, обусловленные свойствами катиона или аниона:
Химические свойства кислых солей
Диссоциация. Кислые соли диссоциируют ступенчато:
Термическое разложение с образованием средней соли:
Взаимодействие солей со щелочью. В результате образуется средняя соль:
Химические свойства основных солей
Реакции солей с кислотами — образование средней соли:
Диссоциация — так же как и кислые соли, основные соли диссоциируют ступенчато.
Химические свойства комплексных солей
Избыток сильной кислоты приводит к разрушению комплекса и образованию двух средних солей и воды:
Недостаток сильной кислоты приводит к образованию средней соли активного металла, амфотерного гидроксида и воды:
Взаимодействие слабой кислоты с солью образует кислую соль активного металла, амфотерный гидроксид и воду:
При действии углекислого или сернистого газа получаются кислая соль активного металла и амфотерный гидроксид:
Реакция солей, образованных сильными кислотами с катионами Fe3+, Al3+ и Cr3+, приводит к взаимному усилению гидролиза. Продукты реакции — два амфотерных гидроксида и соль активного металла:
Разлагаются при нагревании:
Вопросы для самопроверки
С чем взаимодействуют средние соли?
Назовите типичные реакции солей.
Из предложенного списка солей выберите те, которые не реагируют с цинком: нитрит калия, бромид железа, карбонат цезия, сульфат меди.
Основания
Основания (гидроксиды) — это сложные вещества, которые состоят из катиона металла и гидроксильной группы (OH).
Общая формула оснований: Me(OH)n, где Me — химический символ металла, n — индекс, который зависит от степени окисления металла.
Примеры оснований: NaOH, Ba(OH)2, Fe(OH)2.
Названия оснований
Названия гидроксидов строятся по систематической номенклатуре следующим образом:
Пишем слово «гидроксид».
Указываем название второго химического элемента в родительном падеже.
Если второй элемент имеет переменную валентность, то указываем валентность элемента в этом соединении в скобках римской цифрой.
Примеры названий оснований:
Ni(OH)2 — гидроксид никеля (II);
Al(OH)3 — гидроксид алюминия.
У некоторых оснований существуют и тривиальные названия. Собрали их в таблице.
Тривиальные названия некоторых оснований
Классификация оснований
По растворимости в воде
В зависимости от растворимости в воде выделяют:
щелочи. Эти основания растворимы в воде: NaOH, KOH, Ba(OH)2 и другие. Ca(OH)2, хотя малорастворим, тоже относится к щелочам из-за своей едкости;
нерастворимые основания. К таким основаниям относятся Fe(OH)2, Cu(OH)2 и другие;
амфотерные гидроксиды. К амфотерным относятся те основания, которые образованы металлами со степенью окисления +3 или +4. Эти основания отличаются тем, что проявляют как основные свойства, так и кислотные.
Также есть основания, которые относятся к амфотерным, но образованы металлом с иной степенью окисления: Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2, Be(OH)2.
Напомним, что растворимость мы проверяем по таблице растворимости кислот и оснований в воде.
По числу гидроксогрупп
В зависимости от количества гидроксильных групп, способных замещаться на кислотный остаток, выделяют следующие виды оснований:
однокислотные: KOH, NaOH;
Физические свойства оснований
Основания при обычных условиях — это твердые кристаллические вещества без запаха, нелетучие, чаще всего белого цвета. В таблице приведены основания, которые имеют иную окраску.
Гидроксид лития LiOH
Гидроксид магния Mg(OH)2
Гидроксид кальция Ca(OH)2
Химические свойства оснований
Растворы щелочей изменяют окраску индикатора
Гидроксид-ионы, которые содержатся в растворе щелочи, взаимодействуют с индикатором, образуя новые соединения. Признак реакции — окраска раствора.
Взаимодействие с кислотными оксидами
Щелочи вступают в реакцию с любыми кислотными оксидами. Нерастворимые основания взаимодействуют только с кислотными оксидами, которые соответствуют сильным кислотам.
Кислотный оксид + основание = соль + вода
Взаимодействие с кислотами
Щелочи вступают в реакцию со всеми кислотами. Нерастворимые основания могут взаимодействовать только с сильными кислотами.
Основание + кислота = соль + вода
Взаимодействие основания с кислотой называют реакцией нейтрализации — это частный случай реакции обмена.
Взаимодействие с солями
Основания взаимодействуют с растворимыми солями по обменному механизму. В результате такой реакции должен выделиться осадок или газ (CO2, SO2, NH3).
Основание + соль = другое основание + другая соль
Термическое разложение
При нагревании нерастворимые основания разлагаются на соответствующий оксид (степень окисления металла остается неизменной) и воду.
Нерастворимое основание оксид металла + вода
Взаимодействие амфотерных гидроксидов со щелочами
Продукты реакции зависят от условий ее проведения.
При сплавлении двух оснований:
Амфотерный гидроксид (тв) + щелочь (тв) = средняя соль + вода
Если реакция проводится в растворе:
Амфотерный гидроксид (р-р) + щелочь (р-р) = комплексная соль
Получение оснований
Взаимодействие металла с водой
Активные металлы (металлы групп IA и IIA, кроме Be и Mg) активно взаимодействуют с водой при обычных условиях с образованием щелочей.
Нерастворимые основания данным способом получить невозможно, за исключением Mg(OH)2.
Металл + вода = гидроксид металла + водород
Гидроксид магния можно получить данным способом, но только при нагревании:
Взаимодействие оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой
Этим способом получают только растворимые в воде основания.
Оксид металла + вода = щелочь
Электролиз
Гидроксид натрия и калия в промышленности получают с помощью электролиза — через раствор хлорида калия проводят постоянный электрический ток:
Электролиз хлорида натрия протекает по аналогичной схеме.
Получение нерастворимых оснований при взаимодействии соли со щелочью
Растворимая соль + щелочь = нерастворимое основание + другая соль
Вопросы для самопроверки
Вспомните определение оснований и приведите 2 примера этих веществ.
Какие виды оснований существуют? Чем они отличаются?
К какому виду оснований относится Zn(OH)2?
Взаимодействуют ли основания с основными оксидами? Приведите примеры веществ, с которыми основания вступают в реакцию.
Можно ли получить гидроксид алюминия с помощью взаимодействия алюминия с водой?
Основания и другие темы по химии изучать интереснее, когда понимаешь, как применять знания в реальной жизни. На онлайн-курсах по химии в Skysmart преподаватели приводят яркие примеры: от процессов в природе до использования химических реакций в промышленности. Приходите учиться — вводный урок бесплатный!
Простые и сложные вещества
Из этой статьи вы узнаете, какие вещества называются простыми, а какие сложными, в чем их различия и особенности строения.
Прежде чем переходить к понятиям простых и сложных веществ и к их строению, давайте вспомним, что такое химический элемент.
Химический элемент — это группа атомов с одинаковым зарядом ядра, который обусловливает его (элемента) химические свойства.
В зависимости от того, как соединяются друг с другом химические элементы, выделяют два типа веществ: простые и сложные.
Что такое простые вещества
Простые вещества — это вещества, образованные атомами только одного типа химического элемента. Например: H2, Na, P, Al.
Простые вещества делятся на два типа: металлы и неметаллы.
Металлы
Имеют общие между собой физические свойства. Обладают металлическим блеском, высокой тепло- и электропроводностью, твердые (за исключением ртути), пластичные и ковкие.
К простым веществам — металлам относятся: Na, Ca, Fe и т. д.
Почти все металлы имеют немолекулярное строение, т. е. состоят из атомов или ионов.
Неметаллы
Среди неметаллов выделить общие физические свойства практически невозможно. Они могут находиться в разных агрегатных состояниях, обладать различным цветом и т. д.
К простым веществам — неметаллам относятся: P, C, F2 и т. д.
Большинство неметаллов имеют молекулярное строение, т. е. состоят из молекул. При этом молекулы могут быть:
одноатомные: He, Si, Ar и другие;
двухатомные: F2, O2, H2, N2, Cl2, Br2, I2. Эти простые вещества всегда пишутся с индексом 2, их необходимо запомнить;
трехатомные — например, молекула озона O3;
и другие многоатомные.
Некоторые неметаллы имеют немолекулярное (атомное) строение: красный фосфор, кремний, алмаз и графит.
Металлы и неметаллы сильно отличаются друг от друга физическими и химическими свойствами.
При этом запоминать, к какому типу относится то или иное вещество, не нужно, достаточно посмотреть в таблицу Менделеева:
Проведите диагональ от 5-го до 85-го номера химических элементов.
Все химические элементы, находящиеся ниже и левее проведенной диагонали, образуют простые вещества — металлы (кроме водорода).
Выше диагонали химические элементы, находящиеся в главных подгруппах, образуют простые вещества — неметаллы, а в побочных — металлы.
Например, фосфор (порядковый номер — 15) расположен в таблице Менделеева выше диагонали и в главной подгруппе V группы. Значит, простое вещество фосфор — неметалл.
В большинстве случаев названия химического элемента и простого вещества совпадают. Поэтому необходимо научиться различать характеристики простого вещества и химического элемента.
Характеристика химического элемента
Характеристика простого вещества
Расположение в периодической системе (атомный номер, номер группы или периода)
Относительная атомная масса
Строение атома (число электронов, протонов или нейтронов, количество заполненных энергетических уровней)
Распространенность в природе
Содержание в соединении (например, в растительных белках или аминокислотах)
Значения электроотрицательности, сродства к электрону, энергии ионизации
Как правило, когда мы характеризуем простое вещество, то говорим о его физических или химических свойствах:
Влияние на живой организм
Температуры кипения и плавления
Взаимодействие с другими веществами
Содержание в каких-либо смесях веществ (например, газов)
Аллотропия
Аллотропия — это возможность образования химическим элементом нескольких простых веществ, которые отличаются друг от друга строением и свойствами.
Образующиеся простые вещества называют аллотропными модификациями.
Аллотропия характерна для следующих химических элементов:
углерод (алмаз, графит, графен, углеродные нанотрубки, фуллерен и другие);
фосфор (красный, белый и черный);
кислород (кислород и озон);
кремний (аморфный и кристаллический);
Рассмотрим две аллотропные модификации углерода:
The image 1 is a derivative of "Crystal" by manfredxy on Envato Elements.
The image 2 is a derivative of "Rough Graphite rock" by vvoennyy on Envato Elements.
Алмаз — бесцветное прозрачное вещество. Является одним из самых твердых веществ. Не проводит электрический ток.
Графит представляет собой вещество серо-черного цвета, обладает металлическим блеском. Имеет высокую тепло- и электропроводность.
Что такое сложные вещества
Сложные вещества — это вещества, образованные атомами нескольких химических элементов.
Например, молекула HNO3 состоит из одного атома водорода, одного атома азота и трех атомов кислорода.
К сложным веществам в химии относятся две большие группы веществ: неорганические и органические.
Неорганические вещества
Неорганические вещества делятся на 4 вида:
Оксиды — вещества, молекулы которых состоят из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления −2.
Основания — вещества, молекулы которых состоят из катиона металла и гидроксильной группы (—OH).
Кислоты — вещества, молекулы которых состоят из катиона водорода (H+), способного замещаться атомом металла, и кислотного остатка.
Соли — вещества, состоящие из катиона металла и кислотного остатка.
Кратко о классификации веществ можно узнать из схемы:
Номенклатура неорганических веществ
Названия простых веществ чаще всего совпадают с названием химического элемента, а для сложных веществ существует два вида номенклатуры: тривиальная и систематическая.
В тривиальной номенклатуре вещества названы в соответствии с их особенностями, например специфическим запахом или окраской.
В систематической номенклатуре название зависит от вида неорганического вещества.
Оксиды
Примеры названий оксидов:
Fe2O3 — оксид железа (III). Читается: феррум два о три;
Na2O — оксид натрия. Читается: натрий два о.
Основания
Примеры названий гидроксидов:
Fe(OH)3 — гидроксид железа (III). Читается: феррум о аш трижды;
NaOH — гидроксид натрия. Читается: натрий о аш.
Соли
Примеры названий солей:
KNO3 — нитрат калия. Читается: калий эн о три;
AlCl3 — хлорид алюминия. Читается: алюминий хлор три.
Кислоты
Названия кислот, кислотных остатков и их формулы необходимо выучить, они приведены в таблице ниже.
Классификация неорганических веществ
Неорганическая химия - раздел химии, изучающий строение и химические свойства неорганических веществ.
Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы. Среди сложных: оксиды, основания, кислоты и соли. Классификация неорганических веществ построена следующим образом:
Большинство химических свойств мы изучим по мере продвижения по периодической таблице Д.И. Менделеева. В этой статье мне хотелось бы подчеркнуть ряд принципиальных деталей, которые помогут в дальнейшем при изучении химии.
Оксиды
Все оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие имеют соответствующие им основания и кислоты (в той же степени окисления (СО)!) и охотно вступают в реакции солеобразования. К ним относятся, например:
- CuO - соответствует основанию Cu(OH)2
- Li2O - соответствует основанию LiOH
- FeO - соответствует основанию Fe(OH)2 (сохраняем ту же СО = +2)
- Fe2O3 - соответствует основанию Fe(OH)3 (сохраняем ту же СО = +3)
- P2O5 - соответствует кислоты H3PO4
Солеобразующие оксиды, в свою очередь, делятся на основные, амфотерные и кислотные.
Основным оксидам соответствуют основания в той же СО. В химических реакциях основные оксиды проявляют основные свойства, образуются исключительно металлами. Примеры: Li2O, Na2O, K2O, Rb2O CaO, FeO, CrO, MnO.
Основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием соответствующего основания (реакцию идет, если основание растворимо) и с кислотными оксидами и кислотами с образованием солей. Между собой основные оксиды не взаимодействуют.
Li2O + H2O → LiOH (основный оксид + вода → основание)
Здесь не происходит окисления/восстановления, поэтому сохраняйте исходные степени окисления атомов.
Эти оксиды действительно имеют двойственный характер: они проявляют как кислотные, так и основные свойства. Примеры: BeO, ZnO, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, MnO2, PbO, PbO2, Ga2O3.
С водой они не взаимодействуют, так как продукт реакции, основание, получается нерастворимым. Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами и кислотными оксидами, так и с основаниями и основными оксидами.
ZnO + KOH + H2O → K2[Zn(OH)4] (амф. оксид + основание = комплексная соль)
ZnO + N2O5 → Zn(NO3)2 (амф. оксид + кисл. оксид = соль; СО азота сохраняется в ходе реакции)
Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O (амф. оксид + кислота = соль + вода; обратите внимание на то, что СО Fe = +3 не меняется в ходе реакции)
Проявляют в ходе химических реакций кислотные свойства. Образованы металлами и неметаллами, чаще всего в высокой СО. Примеры: SO2, SO3, P2O5, N2O3, NO2, N2O5, SiO2, MnO3, Mn2O7.
- SO2 - H2SO3
- SO3 - H2SO4
- P2O5 - H3PO4
- N2O5 - HNO3
- NO2 - HNO2, HNO3
Кислотные оксиды вступают в реакцию с основными и амфотерными, реагируют с основаниями. Реакции между кислотными оксидами не характерны.
SO2 + Na2O → Na2SO3 (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +4)
SO3 + Li2O → Li2SO4 (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +6)
P2O5 + NaOH → Na3PO4 + H2O (кисл. оксид + основание = соль + вода)
При реакции с водой кислотный оксид превращается в соответствующую ему кислоту. Исключение SiO2 - не реагирует с водой, так как продукт реакции - H2SiO3 является нерастворимой кислотой.
- CO
- N2O
- NO
- SiO
- S2O
Реакции несолеобразующих оксидов с основаниями, кислотами и солеобразующими оксидов редки и не приводят к образованию солей. Некоторые из несолеобразующих оксидов используют в качестве восстановителей:
FeO + CO → Fe + CO2 (восстановление железа из его оксида)
Основания
Основания - химические соединения, обычно характеризуются диссоциацией в водном растворе с образованием гидроксид-анионов. Растворимые основания называются щелочами: NaOH, LiOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2.
Гидроксиды щелочных металлов (Ia группа) называются едкими: едкий натр - NaOH, едкое кали - KOH.
Основания классифицируются по количеству гидроксид-ионов в молекуле на одно-, двух- и трехкислотные.
Так же, как и оксиды, основания различаются по свойствам. Все основания хорошо реагируют с кислотами, даже нерастворимые основания способны растворяться в кислотах. Также нерастворимые основания при нагревании легко разлагаются на воду и соответствующий оксид.
NaOH + HCl → NaCl + H2O (основание + кислота = соль + вода - реакция нейтрализации)
Mg(OH)2 → (t) MgO + H2O (при нагревании нерастворимые основания легко разлагаются)
Если в ходе реакции основания с солью выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода), то такая реакция идет. Нерастворимые основания с солями почти не реагируют.
Ba(OH)2 + NH4Cl → BaCl2 + NH3 + H2O (в ходе реакции образуется нестойкое основание NH4OH, которое распадается на NH3 и H2O)
KOH + BaCl2 ↛ реакция не идет, так как в продуктах нет газа/осадка/слабого электролита (воды)
В растворах щелочей pH > 7, поэтому лакмус окрашивает их в синий цвет.
Амфотерные оксиды соответствуют амфотерным гидроксидам. Их свойства такие же двойственные: они реагирую как с кислотами - с образованием соли и воды, так и с основаниями - с образованием комплексных солей.
Al(OH)3 + HCl → AlCl3 + H2O (амф. гидроксид + кислота = соль + вода)
Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4] (амф. гидроксид + основание = комплексная соль)
При нагревании до высоких температур комплексные соли не образуются.
Al(OH)3 + KOH → (t) KAlO2 + H2O (амф. гидроксид + основание = (прокаливание) соль + вода - при высоких температурах вода испаряется, и комплексная соль образоваться не может)
Кислоты
Кислота - химическое соединение обычно кислого вкуса, содержащее водород, способный замещаться металлом при образовании соли. По классификации кислоты подразделяются на одно-, двух- и трехосновные.
Основность кислоты определяется числом атомов водорода, которое способна отдать молекула кислоты, реагируя с основанием. Определять основность кислоты по числу атомов водорода в ней - часто верный способ, но не всегда: например, борная кислота H3BO3 является слабой одноосновной кислотой, фосфористая кислота H3PO3 - двухосновной кислотой.
Кислоты отлично реагируют с основными оксидами, основаниями, растворяя даже те, которые выпали в осадок (реакция нейтрализации). Также кислоты способны вступать в реакцию с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода (то есть способны вытеснить его из кислоты).
H3PO4 + LiOH → Li3PO4 + H2O (кислота + основание = соль + вода - реакция нейтрализации)
Zn + HCl → ZnCl2 + H2↑ (реакция идет, так как цинк стоил в ряду активности левее водорода и способен вытеснить его из кислоты)
Cu + HCl ↛ (реакция не идет, так как медь расположена в ряду активности правее водорода, менее активна и не способна вытеснить его из кислоты)
Записать эти кислоты в растворе в виде "H2CO3 или H2SO3" - будет считаться ошибкой. Пишите угольную и сернистую кислоты в разложившемся виде - виде газа и воды.
Все кислоты подразделяются на сильные и слабые. Напомню, что мы составили подробную таблицу сильных и слабых кислот (и оснований!) в теме гидролиз. В реакции из сильной кислоты (соляной) можно получить более слабую, например, сероводородную или угольную кислоту.
Однако невозможно (и противоречит законам логики) получить из более слабой кислоты сильную, например из уксусной - серную кислоту. Природу не обманешь :)
K2S + HCl → H2S + KCl (из сильной - соляной кислоты - получили более слабую - сероводородную)
K2SO4 + CH3COOH ↛ (реакция не идет, так как из слабой кислоты нельзя получить сильную: из уксусной - серную)
Подчеркну важную деталь: гидроксиды это не только привычные нам NaOH, Ca(OH)2 и т.д., некоторые кислоты также считаются кислотными гидроксидами, например серная кислота - H2SO4. С полным правом ее можно записать как кислотный гидроксид: SO2(OH)2
В завершении подтемы кислот предлагаю вам вспомнить названия основных кислот и их кислотных остатков.
Соль - ионное соединение, образующееся вместе с водой при нейтрализации кислоты основанием (не единственный способ). Водород кислоты замещается металлом или ионом аммония (NH4). Наиболее известной солью является поваренная соль - NaCl.
- Средние - продукт полного замещения атомов водорода в кислоте на металл: KNO3, NaCl, BaSO4, Li3PO4
- Кислые - продукт неполного замещения атомов водорода: LiHSO4, NaH2PO4 и Na2HPO4 (гидросульфат лития, дигидрофосфат и гидрофосфат натрия)
- Основные - продукт неполного замещения гидроксогрупп на кислотный остаток: CrOHCl (хлорид гидроксохрома II)
- Двойные - содержат два разных металла и один кислотный остаток (NaCr(SO4)2
Читайте также: