Основные классы неорганических соединений
Под классификацией понимают объединение разнообразных соединений в определенные группы, обладающие сходными свойствами. Классификация связана с проблемой номенклатуры, т. е. с системой названий этих веществ.
Химические вещества принято делить на две группы: группу простых немногочисленных веществ (O2,Cl2,N2, H2,C) и очень многочисленную группу сложных веществ.
Сложные веще6ства обычно делят на четыре важнейших класса: оксиды, основания, кислоты, соли.
Приведенная классификация является несовершенной: в ней нет места для соединений металлов с водородом, азотом, соединений неметаллов с другими неметаллами и т. д.
Оксиды
Оксидами называют соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.
Согласно международной номенклатуре, разработанной Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), названия оксидов образуют от латинского корня названия кислорода - элемента с большей относительной электроотрицательностью – с окончанием –ид- и русского названия элемента (с меньшей относительной электроотрицательностью) в родительном падеже.
Многие элементы проявляют переменную валентность и образуют оксиды различного состава, что учитывается по международной номенклатуре указанием степени окисления в скобках римскими цифрами после названия элемента, например, CuO – оксид меди (II), Cu2O – оксид меди (I).
Оксиды делят на три группы: солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие оксиды по их кислотно-основным свойствам принято делить на три группы: основные, амфотерные, кислотные.
Основные оксиды
К основным оксидам относятся оксиды типичных металлов или переходных металлов с низкой степенью окисления, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований. Например, Na2O,CaO – основные оксиды, так как им соответствуют основания NaOH, Ca(OH)2. К растворимым оксидам относятся оксиды щелочных металлов и наиболее тяжелых щелочно-земельных металлов (Ca,Ba).
Многие нерастворимые в воде основные оксиды растворяются в кислотах с образованием растворимых солей:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а о с н о в н ы х о к с и д о в
Основные оксиды при нагревании могут вступать в реакции:
а) с кислотными оксидами:
CaO + CO2 = CaCO3
б) с амфотерными оксидами:
t°C
MgO + Al2O3 = Mg(AlO2)2
в) с кислотами:
FeO + H2SO4 = FeSO4 +H2O
Оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов непосредственно реагируют с водой:
t°C
Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
Кислотные оксиды
Кислотные оксиды – оксиды неметаллов или переходных металлов с высокой степенью окисления, которым соответствуют кислоты. Например, SO3, CO2, Mn2O7 - кислотные оксиды, так как им соответствуют кислоты H2SO4, H2CO3, HMnO4. Наряду с современной номенклатурой для кислотных оксидов используется старинная система названий как ангидридов кислот – продуктов отщепления воды от соответствующих кислот:
-H2O
H2SO4 → SO3 – ангидрид серной кислоты
-H2O
2HNO3 → N2O5 – ангидрид азотной кислоты
Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а к и с л о т н ы х о к с и д о в
Наиболее типичными для кислотных оксидов являются реакции:
а) с основными оксидами
P2O5 + 3CaO = Ca3 (PO4)2
б) с амфотерными оксидами
tºC
P2O5 + Al2O3 = 2AlPO4
в) с щелочами
CO2 + Ca (OH)2 = CaCO3↓ + H2O
г) с водой
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ +HCO3-
Кислотные оксиды могут вступать в ОВР (окислительно-восстановительную реакцию):
t°C, V2O5
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
Амфотерные оксиды
Амфотерные оксиды – оксиды, практически нерастворимые в воде, способные к реакциям, которые проявляют как основные, так и кислотные свойства.
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
t°C
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
К числу амфотерных оксидов относятся оксид алюминия Al2O3, оксид хрома Cr2O3, оксид бериллия BeO, оксид цинка ZnO.
Несолеобразующие оксиды – это оксиды, которые не образуют ни кислот, ни оснований; элемент в данной степени окисления не входит в состав солей, например: CO, N2O, NO, NO2.
П о л у ч е н и е о к с и д о в
Оксиды получают различными способами:
1) взаимодействием веществ (простых и сложных) с кислородом
S + O2 = SO2
4Al + 3O2 = 2Al2O3
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
2) термическим разложением кислородосодержащих веществ (кислот, оснований, солей)
t°C
H2SiO3 = SiO2 + H2O
t°C
Ca (OH)2 = CaO +H2O
t°C
2Cu (NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2
Основания
Основаниями называют сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или несколькими гидроксогруппами (KOH, Ca (OH)2). С позиций теории электролитической диссоциации Аррениуса Основанием называется соединение, диссоциирующее в водном растворе с образованием из отрицательных ионов только гидроксид- ионов OH-. Основания, реагируя с кислотой, образуют только соль и воду. Дальнейшее развитие химической науки уточнило и дополнило определение основания.
NaOH↔ Na+ + OH-, Ca (OH)2↔ Ca2+ + 2OH-
Согласно протонной теории И. Бренстеда, основанием называют вещество, способное принимать протоны. Например, основные свойства аммиака проявляются за счет наличия неопределенной пары электронов атома азота, способной принимать протон. При этом образуется ион аммония по схеме:
H
׀
H−N: + H+ → NH4+
׀
Н
Ещё более общее определение дано Г. Льюисом. Катионы, анионы или нейтральные молекулы, способные отдавать электронные пары, называют основаниями Льюиса. В таблице 4 приведено сопоставление определений оснований.
Таблица 4