Раздел 4. основные классы неорганических соединений.
Классификация сложных неорганических веществ.
Неорганические вещества делятся на четыре основных класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Представим известные нам классы соединений в виде единой схемы:
Деление веществ на классы достаточно условно. Например, мы знаем, что кислоты подразделяются на одно-, двух- и трехосновные, но их обычно не выделяют в отдельные классы соединений. Точно также не являются отдельными классами сильные и слабые кислоты. Это же справедливо и для оснований. Между классами существует важная связь, которую называют генетической. Эта связь заключается в том, что из веществ одного класса можно получить вещества других классов. Существует два основных пути генетических связей между веществами: один из них начинается металлами, другой – неметаллами. Например, сульфат кальция CaSO4 можно получить либо из металла кальция, либо другим путем – из неметалла серы:
С другой стороны, из соли можно опять прийти к металлу и неметаллу:
Одновременно существуют и другие пути взаимопревращений соединений разных классов. Таким образом, генетические связи между разными классами соединений очень многообразны.
Оксиды и их классификация.
Как мы уже знаем, оксиды бывают кислотные и основные. Это деление положено в основу их классификации.
Большинство кислотных оксидов хорошо реагирует с водой, давая кислоту. Например, кислый вкус простой газированной воды объясняется образованием угольной кислоты Н2СО3 из кислотного оксида СО2:
СО2 + Н2О = Н2СО3 (угольная кислота)
В простейших случаях формулу образующейся кислоты легко получить из формулы кислотного оксида простым сложением. Например:
| CO2 | + | H2O | = | H2CO3 |
| SO3 | + | H2O | = | H2CO3 |
Однако не все кислотные оксиды растворяются в воде, поэтому не все могут непосредственно с ней реагировать. Зато все кислотные оксиды реагируют с основаниями. При этом получается сразу соль. Например:
| SiO2 | + | H2O | = | реакция не идет |
| кислотный оксид (не растворим в воде) | вода |
| SiO2 | + | 2 NaOH | = | Na2SiO3 | + | H2O |
| кислотный оксид | щелочь | соль кремниевой кислоты H2SiO3 |
Полученную соль кремниевой кислоты можно превратить в саму кремниевую кислоту добавлением другой кислоты:
Na2SiO3 + 2 HCl = H2SiO3 + 2 NaCl
Таким образом, кислотному оксиду всегда соответствует определенная кислота:
CO2 (оксид углерода) – H2CO3 (угольная кислота);
SO3 (оксид серы VI) – H2SO4 (серная кислота);
SiO2 (оксид кремния) – H2SiO3 (кремниевая кислота).
Поскольку реакция с основаниями является общей для всех кислотных оксидов, им можно дать такое определение:
Оксиды, которые взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды, называются КИСЛОТНЫМИ ОКСИДАМИ.
Кислотные оксиды, образованы в основном неметаллами. Следует запомнить только два оксида металлов, которые также являются кислотными. Это оксиды хрома и марганца, в которых металлы имеют наибольшую из всех возможных степень окисления:
CrO3 (оксид хрома VI) – H2CrO4 (хромовая кислота);
Mn2O7 (оксид марганца VII) – HmnO4 (марганцовая кислота).
Основные оксиды образуются только металлами. Некоторые из них легко реагируют с водой, давая соответствующее основание:
Li2O + H2O = 2 LiOH (основание – гидроксид лития).
Еще один пример – хорошо известная реакция получения гашеной извести из оксида кальция и воды.
CaO + H2O = Ca(OH)2 (основание – гидроксид кальция).
Существует, однако большое количество нерастворимых основных оксидов. Их относят именно к основным оксидам благодаря реакциям с кислотами:
ZnO + H2O = реакция не идет (ZnO не растворим в воде);
ZnO + 2 HCl = ZnCl2 (соль) + H2O
Последняя реакция аналогична реакции нейтрализации между кислотой (HCl) и гидроксидом цинка Zn(OH)2, который мог бы получаться из ZnO, если бы оксид цинка растворялся в воде:
[ZnO + H2O] = Zn(OH)2
Zn(OH)2 + 2 HCl = ZnCl2 (соль) + H2O
Каждому основному оксиду соответствует определенное основание:
MgO (оксид магния) – Mg(OH)2 (гидроксид магния);
Fe2O3 (оксид железа III) – Fe(OH)3 (гидроксид железа III);
Na2O (оксид натрия) – NaOH (гидроксид натрия).
Таким образом, общее свойство основных оксидов заключается в способности реагировать с кислотами с образованием соли и воды.
Оксиды, которые взаимодействуют с КИСЛОТАМИ с образованием соли и воды, называются ОСНОВНЫМИ ОКСИДАМИ.
Оксиды хрома и марганца, в которых металл имеет низшую степень окисления, являются обыкновенными основными оксидами (как и оксиды всех остальных металлов). Вот какие гидроксиды им соответствуют:
CrO (оксид хрома II) – Cr(OH)2 (гидроксид хрома II);
MnO (оксид марганца II) – Mn(OH)2 (гидроксид марганца II).
Соединения хрома (II) крайне неустойчивы и быстро переходят в соединения хрома (III). С применением многих интересных оксидов мы уже познакомились в главе 6 «кислород».
Кислоты. Классификация кислот. Химические свойства.
Все кислоты, независимо от их происхождения, объединяет общее свойство – они содержат реакционноспособные атомы водорода. В связи с этим кислотам можно дать следующее определение: