Амфотерные основания

Гидроксид цинка Zn(OH)₂ является малорастворимым основанием. Его можно получить, действуя щелочью на какую-нибудь растворимую соль цинка – при этом Zn(OH)₂ выпадает в осадок:

ZnCl₂ + 2 NaOH = Zn(OH)₂ + 2 NaCl

Подобно всем другим основаниям, осадок гидроксида цинка легко растворяется при добавлении какой-нибудь кислоты:

Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2 H₂O

Если же вместо кислоты к осадку гидроксида цинка добавить избыток щелочи, то он также растворяется, чего не происходит с другими гидроксидами. Почему Zn(OH)₂ растворяется в щелочи?

Это явление объясняется тем, что в присутствии избытка сильного основания гидроксид цинка способен отдавать атомы водорода, подобно кислоте:

Zn(OH)2	+	2 NaOH	=	Na2ZnO2	+	2 H2O
гидроксид цинка		щелочь		соль		вода
H2ZnO2	+	2 NaOH	=	Na2ZnO2	+	2 H2O
цинковая кислота		щелочь		соль		вода

Происходит реакция нейтрализации наподобие той, которая могла бы произойти между NaOH и кислотой. Эта кислота (цинковая кислота H₂ZnO₂) и гидроксид цинка Zn(OH)₂ являются одним и тем же соединением! Сокращенная (но не структурная) формула этого соединения может быть записана двумя способами:

Zn(OH)₂ или H₂ZnO₂ – это две сокращенные формулы;

H–O–Zn–O–H единственная структурная формула.

Поскольку прочность связей Н–О и O–Zn сравнимы между собой, гидроксид цинка способен быть как основанием в присутствии кислоты, так и кислотой – в присутствии основания:

	H2SO4		2 NaOH
2 H2O + ZnSO4	=	Zn(OH)2 = H2ZnO2	=	Na2ZnO2 + 2 H2O
реагирует как основание				реагирует как кислота

Данное свойство гидроксидов называется амфотерностью.

Амфотерными называются такие гидроксиды, которые способны отдавать в реакциях с другими соединениями как атомы (ионы) водорода, так и гидрокси-группы (анионы гидроксила).

Помимо гидроксида цинка, амфотерными свойствами обладают гидроксиды некоторых других металлов: Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Be(OH)₂, Sn(OH)₄, Pb(OH)₂.

Объяснение проявления амфотерности у одних металлов и отсутствие ее у других следует искать в теории химической связи.

Можно заметить, что амфотерные свойства проявляют те металлы, которые в Периодической таблице находятся наиболее близко к неметаллам. Как известно, неметаллы обладают большей электроотрицательностью (по сравнению с металлами), поэтому их связь с кислородом носит ковалентный характер и отличается значительной прочностью.

Связи между металлами и кислородом, как правило, ионные (из-за низкой электроотрицательности металлов). Такие связи часто менее прочны, чем ковалентные.

Рассмотрим структурные формулы трех разных соединений: гидроксида бора B(OH)₃, гидроксида алюминия Al(OH)₃ и гидроксида кальция Ca(OH)₂.

Соединение B(OH)₃ имеет внутри молекулы наиболее «ковалентную» связь бора с кислородом, поскольку бор ближе по электроотрицательности к кислороду, чем Al и Сa. Из-за высокой электроотрицательности бору энергетически выгоднее входить в состав отрицательно заряженной частицы – то есть кислотного остатка. Поэтому формулу B(OH)₃ чаще записывают как H₃BO₃:

H₃BO₃ = 3H⁺ + BO₃^3- (в растворе)

Кальций – наименее электроотрицательный из этих элементов, поэтому в его молекуле связь Са–О носит ионный характер. Из-за низкой электроотрицательности для кальция выгодно существование в виде катиона Ca²⁺:

Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2OH^- (в растворе)

В связи с этим в структурных формулах пунктирными линиями отмечены связи, разрыв которых энергетически более выгоден.

Структурные формулы показывают, что соединение B(OH)₃ будет легче отдавать ионы водорода, чем ионы гидроксида, т.е. является кислотой (и по традиции должно быть записано сокращенной формулой H₃BO₃). Напротив, Ca(OH)₂ – типичное основание. Гидроксид алюминия, в котором центральный атом имеет промежуточную электроотрицательность, может проявлять как свойства кислоты, так и основания – в зависимости от партнера по реакции нейтрализации. Это наблюдается в действительности. В первой из приведенных ниже реакций Al(OH)₃ реагирует как обычное основание, а в следующих – как кислота:

2 Al(OH)₃ + 3 H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6 H₂O.

Al(OH)₃ = H₃AlO₃ + NaOH = NaH₂AlO₃ + H₂O, причем если реакцию проводить при нагревании, то соль NaH₂AlO₃ теряет одну молекулу воды и образуется алюминат натрия NaAlO₂. В растворе алюминат натрия, наоборот, легко присоединяет воду и существует в виде соли Na[Al(OH)₄]. Итак:

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2 H₂O (при сплавлении);

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] (при добавлении раствора NaOH без нагревания).

У цинка электроотрицательность практически такая же, как у алюминия (1,65), поэтому гидроксид цинка Zn(OH)₂ проявляет похожие свойства. Таким образом, амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей.

Соли. Названия и классификация солей.

В предыдущих разделах постоянно встречались реакции, в которых образуются соли.

Дата добавления: 2014-11-07