Лекция №2. Классы неорганических соединений

Классы неорганических соединений

Множество всех веществ делится на два больших класса

вещества

простые сложные

Простые вещества - это вещества, состоящие из атомов одного и того же элемента. Сложные вещества состоят из атомов различных элементов.

Все простые вещества (элементы таблицы Менделеева) по своим физическим свойства делятся на металлы и неметаллы

простые вещества

металлы неметаллы

Если в таблице Менделеева провести диагональ из верхнего левого угла, то окажется, что в верхней половине таблицы для главных подгрупп элементов расположатся все неметаллы, а в нижней половине - все металлы. Все элементы, находящиеся впобочных подгруппах таблицы являются металлами. Примерно 80 % химических элементов приходится на металлы и только 20 % на неметаллы. Из 105 элементов нерадиоактивны первые 83 элемента.. Если из общего числа нерадиоактивных элементов вычесть 5 инертных газов, то в распоряжении химиков окажется округленно 80 элементов, из которых формируется все многообразие веществ.

Общее число неорганических веществ вместе со всеми солями насчитывается не более 500 000. Общее число органических веществ более 12 млн. Отметим: что общее число людей на планете гораздо больше числа известных химических соединений.

К неметаллам относятся: все химически неактивные элементы- инертные газы (6 элементов)-, а также химически активные элементы- H-водород, B-бор, C-углерод, N-азот, O-кислород, F-фтор, Si-кремний, P-фосфор, S-сера, Cl-хлор, As-мышьяк, Se-селен, Br-бром, Sb-сурьма, Те-теллур, I-иод (16 элементов). Неметаллы плохо проводят тепло и электрический ток (исключение-графит). В противоположность этому все металлы хорошо проводят тепло и электрический ток.

Все многообразие веществ возникает из элементов в результате химических реакций.

Между двумя элементами А и В может протекать единственный тип реакции - реакция соединения

аА + bВ = А_aВ_b

в результате которой образуется бинарное соединение (вещество, состоящее из двух элементов).

Если два каких-то элемента А и В непосредственно не реагируют друг с другом, т.е. реакция

А + В = АВ

не протекает, то это не означает, что не может существовать соединение АВ. Возможно, что найдется такой элемент Х, что соединение АВ можно получить в результате двух реакций

А + Х = АХ реакция соединения

АХ + В = АВ + Х реакция замещения

или аналогично

В + Х =ВХ

А + ВХ= АВ + Х

Если и такими способами не удается получить АВ, то остается еще вариант

А+Х=АХ

В + Y=BY

AX + BY=AB + XY реакция обмена

Наконец, может существовать соединение из трех (или более) элементов АBC, которое способно вступать в реакцию разложения

ABC = AB + C реакция разложения

В реакцию соединения не вступают друг с другом металлы, составляющие большинство химических элементов. Металлы могут образовать друг с другом сплавы, состав которых не является постоянным, как в химических соединения, и может изменяться в широких пределах:

Металл 1 + Металл 2= сплав

Поэтому остаются два возможных типа реакций:

Металл + неметалл = бинарное соединение

и

Неметалл 1 + неметалл 2 = бинарное соединение

Из 16 вышеназванных неметаллов: H, B, C, N, O, F, Si, P, S, Cl, As, Se, Br, Sb, Те, I наибольшую химическую активность проявляет фтор, который непосредственно соединяется с большинством химических элементов. Затем следуют кислород и водород. С металлами 16 неметаллов образуют 16 классов бинарных соединений вида Ме_mХ_n, где Х:

H-гидриды, B- бориды, C -карбиды, N- нитриды, О-оксиды, F-фториды, Si-силициды, P-фосфиды, S-сульфиды, Cl-хлориды, As-арсениды, Se-селениды, Br-бромиды, Sb-антимониды, Te-теллуриды, I-иодиды.

При взаимодействии, как металлов, так и неметаллов с кислородом образуются кислородные соединения (оксиды), например:

2H₂ + O₂ =2H₂O

Na + O₂ = Na₂O₂

2Mg + O₂ = 2MgO

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

C + O₂ = CO₂

2N₂ + 5O₂ =2N₂O₅

4P + 5O₂ = 2P₂O₅

2S + 3O₂ = 2SO₃

При взаимодействии некоторых элементов с водородом образуются водородные соединения, например:

2Na + H₂ = 2NaH

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

S + H₂ = H₂S

Г₂ + H₂ =2HГ (где Г-галоид: F, Cl, Br, I).

При взаимодействии двух бинарных соединений можно получить соединение, состоящее уже из трех элементов. Так, при взаимодействии полученных оксидов с водой образуются кислоты или основания

Na₂O₂ + 2H₂O = 2NaOH + H₂O₂ о с н о-

MgO + H₂O = Mg(OH)₂ в а н и я

CO₂ + H₂O =H₂CO₃ ки-

N₂O₅+ H₂O =2HNO₃

P₂O₅+ H₂O = H₃PO₄ сло-

2SO₃+ H₂O= H₂SO₄ ты

Оксиды делят на два класса: оксиды металлов и оксиды неметаллов, которые в свою очередь делятся на группы по схеме

оксиды

неметаллов металлов

безразличные кислотные основные амфотерные кислотные

(не образуют кислот) SO₃ , CaO, ZnO, Al₂O₃, CrO₃, Mn₂O₇

СO, NO P₂O₅ Na₂O TiO₂

Оксиды, при взаимодействии которых с водой образуются кислоты, назвали кислотными оксидами.

Если при взаимодействии оксида с водой образуется основание, то такой оксид называется основным.

Амфотерными назвали такие оксиды, при взаимодействии которых с водой образуются соединения, с основаниями проявляющие себя как кислоты, а с кислотами как основания.

Примером амфотерного оксида может служить оксид алюминия

Аl₂O₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃«2H₃AlO₃

H₃AlO₃ + NaOH =NaAlO₂ + 2H₂O

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Многие амфотерные гидроксиды, в состав которых входит более 3-х OH групп, способны терять воду и преобразовываться в оксогидроксиды

Тi(OH)₄ = TiO(OH)₂ + H₂O

При взаимодействии с кислотами оксогидроксиды образуют оксосоли

TiO(OH)₂ + 2HCl = TiOCl₂ + 2H₂O

В ряду оксидов металлов Me₂O, MeO, Me₂O₃, MeO₂, Me₂O₅, MeO₃, Me₂O₇ усиление кислотных свойств наблюдается слева направо, а основных- в обратном направлении. Следует подчеркнуть, что далеко не все оксиды металлов растворимы в воде, что позволяет использовать их в качестве конструкционных материалов для различных технических нужд.

Таким образом, из элементов можно получить такие важные классы соединений, как кислоты (H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄, H₂CO₃, HF, HCl, HBr, HI) и основания (Me(OH)_n). Кислоты, как правило, друг с другом не реагируют. Не реагируют друг с другом и основания. А вот кислоты и основания реагируют, образуя новый класс соединений, соли

кислота + основание= соль + вода реакция нейтрализации

Me(OH)_n + H₂SO₄ = Me₂(SO₄)_n + H₂O сульфат

+ HNO₃= Me(NO₃)_n + H₂O нитрат

+ H₃PO₄= Me₃(PO₄)_n + H₂O фосфат

+ HCl=MeCl_n + H₂O хлорид

Такие соли называются средними (в своем составе средние соли содержат только атомы металла и кислотный остаток). Кроме того, возможно образование кислых и основных солей, которые кроме атомов металла и кислотных остатков содержат в своем составе атомы водорода H (и тогда такие соли называются кислыми солями) или ОН группы (и тогда такие соли называются основными солями):

KOH + H₃PO₄ = KH₂PO₄ + H₂O кислая соль

Mg(OH)₂ + HСl= MgOHCl + H₂O основная соль

Отметим, что в этих соединениях число входящих в них элементов достигает уже 4.

Соли могут реагировать друг с другом:

соль1 + соль2= соль3 +соль4 реакция обмена

AgNO₃ + NaCl=AgCl¯ + NaNO₃,

c кислотами:

соль1 + кислота1 = соль2 + кислота2

NaNO₃ + H₂SO₄= Na₂SO₄ + HNO_{3 -} реакция обмена,

с основаниями:

соль1 + основание1=соль2 +основание2

FeCl₃ + 3NaOH=3NaCl + Fe(OH)₃¯ _- реакция обмена

Методом выпаривания растворов солей можно получить кристаллы двойных солей:

K₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ = 2KAl(SO₄)₂

Иногда при выпаривании в кристаллы солей входит вода, и получаются двойные соли-кристаллогидраты:

(NH₄)₂SO₄ + FeSO₄ + 6H₂O= (NH₄)₂Fe(SO₄)₂×6H₂O

В данном случае получилось соединение, состоящее уже из 5 элементов.

Свойства кислот:

1. Кислоты, как правило, друг с другом не реагируют (исключение-царская водка) и отличаются друг от друга по силе. К сильным кислотам относятся: серная кислота-H₂SO₄, азотная- HNO₃, хлорная-HClO₄, соляная-HCl и др. кислоты. К слабым кислотам относят: фосфорную-H₃PO₄, сернистую-H₂SO₃, угольную-H₂CO₃, плавиковую -HF кислоты и т.д.

2. Все кислоты реагируют с основаниями, образуя соль и воду.

3. При взаимодействии сильных кислот (за исключением азотной кислоты) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода, образуется соль и выделяется водород:

левый металл + кислота = соль + водород;

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Fe + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + H₂

При взаимодействии с металлами из азотной кислоты водород никогда не выделяется.

При взаимодействии сильных кислородсодержащих кислот с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода, образуется соль и продукты разложения кислот:

правый металл + кислота= соль + продукты разложения кислоты;

Сu + 2H₂SO₄= CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Hg + 4HNO₃ = Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Бескислородные кислоты типа HCl c правыми металлами не реагируют.

4. Кислоты реагируют с солями:

кислота1 + соль1 = кислота2 + соль2

Подобные реакции протекают только в случае, если кислота1 сильнее кислоты2:

2NaCl + H₂SO₄ ® Na₂SO₄ + 2HCl

NaNO₃ + H₂SO₄= Na₂SO₄ + HNO₃

Обратные реакции не идут.

Дата добавления: 2014-12-08