Сложные вещества состоящие из ионов металла и гидроксогрупп
Неорганические вещества по составу делят на простые и сложные.
Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента и подразделяются на металлы, неметаллы, благородные газы. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом.
Сложные неорганические вещества по составу и свойствам распределяют по следующим важнейшим классам: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гидроксиды, соли.
Оксиды — это сложные вещества, состоящ ие из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления —2.
Общая формула оксидов: ЭmОn, где m — число атомов элемента Э, а n — число атомов кислорода. Оксиды классифицируют на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие делятся на основные, амфотерные, кислотные, которым соответствуют основания, амфотерные гидроксиды, кислородсодержащие кислоты соответственно.
Примеры формул оксидов: Na2O, Аl2O3, СO2.
Основания — это сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп (—ОН).
Общая формула оснований: , где у — число гидроксогрупп, равное степени окисления металла (как правило, +1 и +2). Основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые.
Примеры формул оснований:
Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотных остатков.
Общая формула кислот: НxАс, где Ас — кислотный остаток (от англ. acid — кислота), х — число атомов водорода, равное заряду иона кислотного остатка (см. также §20).
Примеры формул кислот:
Амфотерные гидроксиды — это сложные вещества, которые проявляют и свойства кислот, и свойства оснований. Поэтому формулы амфотерных гидроксидов можно записывать и в форме кислот, и в форме оснований (см. также § 22).
Соли — это сложные вещества, состоящие из катионов металла (ио на аммония) и анионов кислотных остатков.
Такое определение относится к средним солям.
Средние соли — это продукты полного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла (иона аммония) или полного замещения гидроксогрупп в молекуле основания кислотными остатками.
Кислые соли — это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах многоосновных кислот атомами металла (иона аммония).
Основные соли — это продукты неполного замещения гидроксогрупп в многокислотных основаниях кислотными остатками.
Помимо средних, кислых, основных солей, вы встречались с солями более сложного строения — комплексными:
В переводе с латинского complexus означает «сочетание». И действительно, очень многие комплексные соединения получают из двух или трех веществ, например:
Малорастворимый гидроксид алюминия под воздействием гидроксид-ионов ОН - переходит в раствор в виде иона [Аl(ОН)4] - :
Комплексные соединения — весьма многочисленная группа веществ. Для объяснения их строения и свойств в 1863 г. швейцарский химик А. Вернер разработал координационную теорию, в основу которой легли представления о пространственном строении веществ (стереохимия) и теория электролитической диссоциации.
Согласно этой теории, комплексные, или, как их еще называют, координационные, соединения построены так: в центре находится атом или ион (он называется комплексообразователем), а вокруг него — атомы, молекулы или ионы, образовавшие с ним в основном ковалентные связи по донорно-акцепторному механизму. Они называются лигандами. Ими могут быть анионы кислот, некоторые молекулы небольшого размера (Н2O, NH3, СО), имеющие атомы с неподеленными электронными парами.
Общее число лигандов, непосредственно связанных с центральным атомом, называется координационным числом. Известны комплексные соединения с координационными числами от 1 до 12 (чаще встречаются 4 и 6). Лиганды вместе с центральным атомом образуют внутреннюю сферу комплекса. При написании формул внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. Вокруг внутренней сферы образуется еще и внешняя сфера — из ионов, не связанных непосредственно с комплексообразователем. Внутренняя сфера участвует в химических реакциях как один многоатомный ион, внешняя сфера — как обычные ионы.
Например, строение тетрагидроксоцинката натрия:
При изучении химии металлов побочных подгрупп вы встретитесь с примерами других комплексных соединений:
Комплексные соединения играют большую роль в жизнедеятельности живых организмов. Почти все ферменты, многие гормоны, хлорофилл зеленых растений и гемоглобин крови животных, многие лекарства и другие биологически активные вещества представляют собой комплексные соединения.
В курсе органической химии вы познакомились с ярко окрашенными комплексными соединениями меди (II) и железа (III) при изучении качественных реакций:
Основания
О чем эта статья:
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!
Основания являются классом неорганических веществ, применяемым в жизни с давних времен за счет ощущения мылкости. Главное отличие этого класса неорганических веществ от остальных - наличие гидроксогруппы, которая придает особые физические и химические свойства.
Основания бывают растворимыми (щелочи) и нерастворимыми. Растворимые основания мылкие на ощупь. Все основания вступают в реакцию нейтрализации - взаимодействие с кислотой. С развитием химии и изучением физических и химических свойств основания расширили круг своего применения: бытовые моющие средства, промышленные чистящие средства, очистка нефти, строительство, краски, удобрения, батарейки. Также стало широко использоваться одно из химических свойств оснований - взаимодействие с кислотами, которое называется реакцией нейтрализацией. Однако основания таят в себе опасность: с растворами щелочей надо работать аккуратно и осторожно, чтобы не получить химических ожогов.
Определение, номенклатура и классификация оснований
Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одним или несколькими гидроксогруппами (-ОН).
Гидроксид-ион(гидроксогруппа) – сложный ион, состоящий из кислорода и водорода и имеющий суммарный заряд 1- : О -2 Н +1 . Валентность гидроксогруппы равна 1.
Общая формула оснований : М(ОН)n, где М – металл, n- число групп ОН - и в то же время численное значение заряда иона (степени окисления) металла.
Слово «гидроксид» (им.падеж) + название металла (род.падеж) + указание степени окисления, если она переменная, римскими цифрами в скобках
NaOH – гидроксид натрия
Ca(OH)2 – гидроксид кальция
Fe(OH)2 – гидроксид железа (II) (читается «гидроксид железа два»)
Fe(OH)3 – гидроксид железа (III) (читается «гидроксид железа 3»)
Наличие кислорода;Кислородсодержащие;\(KOH, Sr(OH)_<2>\) ;Бескислородные;\(NH_\) как аммиачная вода Кислотность (число групп \(ОН^\) в составе или число присоединяемых \(Н^\));Однокислотные;\(NaOH, TlOH, NH_\) ;Двухкислотные;\(Ca(OH)_<2>, Mg(OH)_<2>\) ;Трёхкислотные;\(La(OH)_, TI(OH)_\) Растворимость в воде;Растворимые (щелочи);\(NaOH, KOH, Ca(OH)_<2>^\), \(Ba(OH)_<2>\) ;Нерастворимые;\(Cr(OH)_<2>, Mn(OH)_<2>\) Степень электролитической диссоциации;Сильные (α→1);\(Щелочи^ LiOH-CsOH\), \(Ca(OH)_<2>-Ra(OH)_<2>\) , \(TlOH\) ;Слабые (α→0);Нерастворимые основания Летучесть;Летучие;\(NH_∙H_<2>O\) ;Нелетучие;Щелочи, нерастворимые основания Стабильность;Стабильные;\(NaOH, Ba(OH)_<2>\) ;Нестабильные;\(NH_∙H_<2>O→ NH_↑+H_<2>O\)
Ca(OH)2 – в таблице растворимости малорастворим (м), но его относят к растворимым основаниям. К малорастворимым веществам относятся вещества, которые растворяются ограниченно – менее 1 г в 100 г воды. Это означает следующее: если в стакан, содержащий 100 г воды, поместить 10 г кристаллического гидроксида кальция, то 1 г вещества растворится, а остальные 9 г – нет. Прозрачная жидкость над осадком будет представлять собой раствор щелочи – гидроксида кальция Ca(OH)2.
Щелочи – растворимые основания. Их образуют элементы-металлы главной подгруппы первой группы (А-группы) периодической системы, а также элементы главной подгруппы второй группы (A-группы): кальций, барий и стронций. Свойства растворимых и нерастворимых оснований существенно различаются.
Основания получают разными способами. Выбор способа получения зависит от того, к какой группе данное соединение относится, является щёлочью или нерастворимым основанием.
Взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов с водой . Протекает реакция замещения, в ходе которой кроме щёлочи образуется водород. Активные металлы энергично взаимодействуют с водой при обычных условиях.
М + Н2О = Растворимое основание (Щелочь) + Н2↑
Где М – щелочные и щелочноземельные металлы.
Взаимодействием оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой . При этом протекает реакция соединения. Именно так получают гидроксид кальция в промышленных условиях.
В промышленности гидроксид натрия и калия получают путём электролиза : пропускают постоянный электрический ток через раствор хлорида натрия или калия.
Действием щелочей на растворимые соли металлов.
Раствор щелочи + раствор соли = нерастворимое основание + соль
Свойства основания
Все неорганические основания – твердые вещества (кроме гидроксида аммония NH4OH), которые характеризуются разной растворимостью в воде.
Гидроксиды щелочных металлов при обычных условиях представляют собой твердые белые кристаллические вещества, гигроскопичные, мылкие на ощупь, очень хорошо растворимы в воде (их растворение идет с выделением тепла), легкоплавки.
Гидроксиды щелочноземельных металлов (Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2) – белые порошкообразные вещества, гораздо менее растворимые в воде по сравнению с гидроксидами щелочных металлов.
Нерастворимые в воде основания обычно образуются в виде гелеобразных (студенистых) осадков, разлагающихся при хранении.
Нерастворимые в воде основания могут иметь различную окраску, например: гидроксид железа (III) – бурого цвета, гидроксид алюминия - белого цвета, гидроксид меди (II) – голубого цвета.
Основание (химия)
В статье смысл термина «основание» раскрывается в первом, наиболее широко используемом значении — осно́вные гидрокси́ды.
Содержание
Получение
- Взаимодействие сильноосновного оксида с водой позволяет получить сильное основание или щёлочь. " />
Слабоосновные и амфотерные оксиды с водой не реагируют, поэтому соответствующие им гидроксиды таким способом получить нельзя. - Гидроксиды малоактивных металлов получают при добавлении щелочи к растворам соответствующих солей. Так как растворимость слабоосновных гидроксидов в воде очень мала, гидроксид выпадает из раствора в виде студнеобразной массы. " />
- Также основание можно получить при взаимодействии щелочного или щелочноземельного металла с водой. " />
- Гидроксиды щелочных металлов в промышленности получают электролизом водных растворов солей: " />
- Некоторые основания можно получить реакциями обмена: " />
- Основания металлов встречаются в природе в виде минералов, например: гидраргиллита Al(OH)3, брусита Mg(OH)2.
Классификация
Основания классифицируются по ряду признаков.
- По растворимости в воде.
- Растворимые основания (щёлочи): гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид бария Ba(OH)2, гидроксид стронция Sr(OH)2, гидроксид цезия CsOH, гидроксид рубидия RbOH.
- Практически нерастворимые основания: Mg(OH)2, Ca(OH)2, Zn(OH)2, Cu(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3, Be(OH)2.
- Другие основания: NH3·H2O
Деление на растворимые и нерастворимые основания практически полностью совпадает с делением на сильные и слабые основания, или гидроксиды металлов и переходных элементов
- По количеству гидроксильных групп в молекуле.
- Однокислотные (гидроксид натрия NaOH)
- Двукислотные (гидроксид меди(II) Cu(OH)2)
- Трехкислотные (гидроксид железа(III) Fe(OH)3)
- По летучести.
- Летучие: NH3, CH3-NH2
- Нелетучие: щёлочи, нерастворимые основания.
- По стабильности.
- Стабильные: гидроксид натрия NaOH, гидроксид бария Ba(OH)2
- Нестабильные: гидроксид аммония NH3·H2O (гидрат аммиака).
- По степени электролитической диссоциации.
- Сильные (α > 30 %): щёлочи.
- Слабые (α < 3 %): нерастворимые основания.
- По наличию кислорода.
- Кислородсодержащие: гидроксид калия KOH, гидроксид стронция Sr(OH)2
- Бескислородные: аммиак NH3, амины.
- По типу соединения:
- Неорганические основания: содержат одну или несколько групп -OH.
- Органические основания: органические соединения, являющиеся акцепторамипротонов: амины, амидины и другие соединения.
Номенклатура
По номенклатуре IUPAC неорганические соединения, содержащие группы -OH, называются гидроксидами. Примеры систематических названий гидроксидов:
- NaOH — гидроксид натрия
- TlOH — гидроксид таллия(I)
- Fe(OH)2 — гидроксид железа(II)
Если в соединении есть оксидные и гидроксидные анионы одновременно, то в названиях используются числовые приставки:
- TiO(OH)2 — дигидроксид-оксид титана
- MoO(OH)3 — тригидроксид-оксид молибдена
Для соединений, содержащих группу O(OH), используют традиционные названия с приставкой мета-:
- AlO(OH) — метагидроксид алюминия
- CrO(OH) — метагидроксид хрома
Для оксидов, гидратированных неопределённым числом молекул воды, например Tl2O3•n H2O, недопустимо писать формулы типа Tl(OH)3. Называть такие соединениями гидроксидами также не рекомендуется. Примеры названий:
Особо следует именовать соединение NH3•H2O, которое раньше записывали как NH4OH и которое в водных растворах проявляет свойства основания. Это и подобные соединения следует именовать как гидрат:
Читайте также: