Основные классы неорганических
соединений
Неорганические вещества классифицируются по составу и по химическим свойствам. По составу неорганические вещества делятся на бинарные – состоящие только из двух элементов, и многоэлементные – состоящие из нескольких элементов. Бинарные соединения классифицируются по неметаллу, например CaH2, NaH – гидриды, CaS, FeS – сульфиды, СаС2,Al4C3 – карбиды и т. д. Многоэлементные соединения классифицируются по общему элементу, чаще всего кислороду, например: NaNO3, H2SO4, KClO4 – кислородсодержащие.
Далее будут рассмотрены четыре важнейших класса неорганических соединений: оксиды, гидроксиды металлов, (гидроксиды неметаллов относятся, как правило, к кислотам) кислоты, соли.
Оксиды
Оксидами называются бинарные соединения, содержащие кислород в степени окисления -2 .
По химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие . Солеобразующие, в свою очередь, делятся на основные , кислотные и амфотерные .
Основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды, например:
В состав основных оксидов входят металлы главных подргрупп I и II групп Периодической системы (кроме бериллия), а также переходные металлы в низших степенях окисления, например СаО, К2О, MnO, FeO, CrO.
Основные оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами взаимодействуют с водой с образованием щелочей:
Кислотными оксидами называются оксиды, взаимодействующие со щелочами с образованием соли и воды, например:
В состав кислотных оксидов входят неметаллы или переходные металлы в высших степенях окисления, например: P2O5, SiO2, CrO3, Mn2O7.
Кислотные оксиды (кроме SiO2) взаимодействуют с водой:
Амфотерные оксиды в зависимости от условий проявляют свойства основных или кислотных оксидов, т.е. образуют соли как с кислотами, так и с основаниями, например:
В состав амфотерных оксидов входят переходные металлы в промежуточных степенях окисления, металлы главной подгруппы III группы, например Cr2O3, Al2O3, MnO2. К амфотерным оксидам относятся также BeO, ZnO и PbO2. Амфотерные оксиды с водой не взаимодействуют.
Несолеобразующие оксиды не дают реакций, характерных для солеобразующих оксидов. К ним относятся: NO, N2O, SiO, CO. Несолеобразующие оксиды могут реагировать с кислотами или щелочами, но при этом не образуются продукты, характерные для солеобразующих оксидов, например при 150oС и 1,5 Мпа СО реагирует с гидроксидом натрия с образованием соли – формиата натрия:
Однако вода в этой реакции никогда не образуется, поэтому СО относят к несолеобразующим оксидам.
Оксиды можно получить следующими основными способами:
1. из простых веществ:
2. окислением сложных веществ:
3. термическим разложением оксидов, гидроксидов, кислородсодержащих солей и кислот:
Гидроксиды
Гидроксидами металлов называются вещества, содержащие ион металла и одну или несколько гидроксильных групп.
Гидроксиды делятся на основные (основания) и амфотерные. Основные гидроксиды, в свою очередь, делятся на сильные основания – щелочи, и слабые основания. В состав щелочей входят катионы щелочных и щелочноземельных металлов, например КОН, NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. Слабыми основаниями являются гидроксиды переходных металлов в низших степенях окисления, например Fe(OH)2, Mn(OH)2, Cu(OH)2.
Число гидроксильных групп в основании называется кислотностью основания.
Амфотерные гидроксиды включают в свой состав катионы металлов III группы Периодической системы, катионы переходных металлов в промежуточных степенях окисления, например Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3. К амфотерным также относятся Be(OH)2, Zn(OH)2.
Основные гидроксиды реагируют с кислотами с образованием соли и воды, например:
Щелочи реагируют с кислотными и амфотерными оксидами:
Амфотерные гидроксиды реагируют и с кислотами (в этом случае они ведут себя как основания), и со щелочами (как кислоты), например:
Cлабые основания и амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются:
Для получения слабых оснований и амфотерных гидроксидов используют реакцию их вытеснения из солей щелочами:
+
3NaCl +
3K2SO4Щелочи можно получить взаимодействием металла с водой:
соответствующего оксида с водой:
или электролизом водного раствора соли соотвествующего металла:
+ Cl2Кислоты
Кислоты реагируют с основаниями (а также с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами) с образованием солей.Например:
Кислоты классифицуируются по следующим признакам:
по силе (как электролиты) - на сильные (например HCl, HNO3, H2SO4) и слабые (H2S, HNO2, HCN и т.д.)
по наличию кислорода в составе кислоты - на кислородные (HClO3, H3PO4) и бескислородные (HCN, H2S). При этом элемент, входящий в состав кислородной кислоты называется кислотообразующим.
по основности (т.е. по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл) на одноосновные (HCl, HNO3), двухосновные (H2SO3, H2S), трехосновные (H3PO4) и т.д.
по окислительным свойствам - на обычные кислоты, у которых в окислительно-восстановительных реакциях, например с металлами, восстанавливаются ионы водорода (например, HCl), и кислоты-окислители, у которых происходит восстановление кислотообразующего элемента (например, HNO3).
Кислоты имеют общие химические свойства:
Взаимодейcтвуют с металлами. Обычные кислоты (неокислители) взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:
Кислоты окислители могут реагировать как с металлами, расположенными в ряду напряжений левее водорода, например:
Так и правее его:
Соли
Соли можно рассматривать как продукт взаимодействия основания и кислоты. При этом может происходить как полное, так и неполное замещение ионов водорода в кислоте катионами металла (или аммония) или гидроксильных групп в основании кислотными остатками.
Соли, не содержащие ионов водорода или гидроксильных групп, называются средними, например NaCl, CuSO4, Ca3(PO4)2.
Соли, содержащие ионы водорода – кислые, например: KH2PO4 – дигидрофосфат калия, NaHCO3 –гидрокарбонат натрия.
Соли, содержащие ионы гидроксила, называются основными: Mg(OH)Cl – гидроксихлорид магния, (CuOH)2CO3 – гидроксикарбонат меди (II).
Соли,
содержащие два катиона, называются двойными:
Fe(NH4)2(SO4)2
12H2O – двойной сульфат
железа(II)-аммония (соль мора),
KCr(SO4)212H2O – двойной сульфат хрома (III) - калия
(хромокалиевые квасцы).
Соли, содержащие комплексные ионы, называются комплексными: K3[Fe(CN)6] - гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль), [Co(NH3)6]Cl2 - хлорид гесаамминокобальта (II).
Солями называются электролиты, дающие при диссоциации в водном расторе катиона металла или аммония (и водорода в случае кислых солей) и анионы кислотного остатка (и гидроксила в случае основных солей). Ионы, входящие в состав соли могут быть комплексными.
Соли реагируют с металлами, эти реакции всегда окислительно-восстановительные:
C неметаллами, это также окислительно-восстановительные реакции:
С водой, образуя кристаллогидраты:
5H2O10H2Oили необратимо гидролизуясь:
+ 3H2SСоли реагируют со щелочами:
+ NaCl +
H2Oи кислотами:
+
H2O - при
нагреванииСоли реагируют с солями:
Соли кислородных кислот при нагревании разлагаются: