Неорганическая химия – раздел химии, изучающий строение и химические свойства неорганических веществ.
Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы. Среди сложных: оксиды, основания, кислоты и соли.
Классификация неорганических веществ построена следующим образом:
Большинство химических свойств мы изучим по мере продвижения по периодической таблице Д.И. Менделеева. В
этой статье мне хотелось бы подчеркнуть ряд принципиальных деталей, которые помогут в дальнейшем при изучении
химии.
Оксиды
Все оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие имеют соответствующие им основания и кислоты
(в той же степени окисления (СО)!) и охотно вступают в реакции солеобразования. К ним относятся, например:
- CuO – соответствует основанию Cu(OH)2
- Li2O – соответствует основанию LiOH
- FeO – соответствует основанию Fe(OH)2 (сохраняем ту же СО = +2)
- Fe2O3 – соответствует основанию Fe(OH)3 (сохраняем ту же СО = +3)
- P2O5 – соответствует кислоты H3PO4
Солеобразующие оксиды, в свою очередь, делятся на основные, амфотерные и кислотные.
- Основные
- Амфотерные (греч. ἀμφότεροι – двойственный)
- Кислотные
- SO2 – H2SO3
- SO3 – H2SO4
- P2O5 – H3PO4
- N2O5 – HNO3
- NO2 – HNO2, HNO3
Основным оксидам соответствуют основания в той же СО. В химических реакциях основные оксиды проявляют основные свойства, образуются
исключительно металлами. Примеры: Li2O, Na2O, K2O, Rb2O CaO, FeO, CrO, MnO.
Основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием соответствующего основания (реакцию идет, если основание растворимо) и с кислотными
оксидами и кислотами с образованием солей. Между собой основные оксиды не взаимодействуют.
Li2O + H2O → LiOH (основный оксид + вода → основание)
Li2O + P2O5 → Li3PO4 (осн. оксид + кисл. оксид = соль)
Li2O + H3PO4 → Li3PO4 + H2O (осн. оксид + кислота = соль + вода)
Здесь не происходит окисления/восстановления, поэтому сохраняйте исходные степени окисления атомов.
Эти оксиды действительно имеют двойственный характер: они проявляют как кислотные, так и основные свойства. Примеры: BeO, ZnO, Al2O3,
Fe2O3, Cr2O3, MnO2, PbO, PbO2, Ga2O3.
С водой они не взаимодействуют, так как продукт реакции, основание, получается нерастворимым. Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами и
кислотными оксидами, так и с основаниями и основными оксидами.
Fe2O3 + K2O → (t) KFeO2 (амф. оксид + осн. оксид = соль)
ZnO + KOH + H2O → K2[Zn(OH)4] (амф. оксид + основание = комплексная соль)
ZnO + N2O5 → Zn(NO3)2 (амф. оксид + кисл. оксид = соль; СО азота сохраняется в ходе реакции)
Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O (амф. оксид + кислота = соль + вода; обратите внимание на то, что
СО Fe = +3 не меняется в ходе реакции)
Проявляют в ходе химических реакций кислотные свойства. Образованы металлами и неметаллами, чаще всего в высокой СО. Примеры: SO2,
SO3, P2O5, N2O3, NO2, N2O5, SiO2,
MnO3, Mn2O7.
Каждому кислотному оксиду соответствует своя кислота. Это особенно важно помнить при написании продуктов реакции: следует сохранять
степени окисления. Некоторым кислотным оксидам соответствует сразу две кислоты.
Кислотные оксиды вступают в реакцию с основными и амфотерными, реагируют с основаниями. Реакции между кислотными оксидами не характерны.
SO2 + Na2O → Na2SO3 (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +4)
SO3 + Li2O → Li2SO4 (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +6)
P2O5 + NaOH → Na3PO4 + H2O (кисл. оксид + основание = соль + вода)
При реакции с водой кислотный оксид превращается в соответствующую ему кислоту. Исключение SiO2 – не реагирует с водой,
так как продукт реакции – H2SiO3 является нерастворимой кислотой.
Mn2O7 + H2O → HMnO4 (сохраняем СО марганца +7)
SO3 + H2O → H2SO4 (сохраняем СО серы +6)
SO2 + H2O → H2SO3 (сохраняем СО серы +4)
Несолеобразующие оксиды – оксиды неметаллов, которые не имеют соответствующих им гидроксидов и не вступают в реакции солеобразования.
К таким оксидам относят:
- CO
- N2O
- NO
- SiO
- S2O
Реакции несолеобразующих оксидов с основаниями, кислотами и солеобразующими оксидов редки и не приводят к образованию солей.
Некоторые из несолеобразующих оксидов используют в качестве восстановителей:
FeO + CO → Fe + CO2 (восстановление железа из его оксида)
Основания
Основания – химические соединения, обычно характеризуются диссоциацией в водном растворе с образованием гидроксид-анионов.
Растворимые основания называются щелочами: NaOH, LiOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2.
Гидроксиды щелочных металлов (Ia группа) называются едкими: едкий натр – NaOH, едкое кали – KOH.
Основания классифицируются по количеству гидроксид-ионов в молекуле на одно-, двух- и трехкислотные.
Так же, как и оксиды, основания различаются по свойствам. Все основания хорошо реагируют с кислотами, даже нерастворимые основания
способны растворяться в кислотах. Также нерастворимые основания при нагревании легко разлагаются на воду и соответствующий оксид.
NaOH + HCl → NaCl + H2O (основание + кислота = соль + вода – реакция нейтрализации)
Mg(OH)2 → (t) MgO + H2O (при нагревании нерастворимые основания легко разлагаются)
Если в ходе реакции основания с солью выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода), то такая реакция идет.
Нерастворимые основания с солями почти не реагируют.
Ba(OH)2 + NH4Cl → BaCl2 + NH3 + H2O (в ходе реакции образуется нестойкое основание NH4OH,
которое распадается на NH3 и H2O)
LiOH + MgCl2 → LiCl2 + Mg(OH)2↓
KOH + BaCl2 ↛ реакция не идет, так как в продуктах нет газа/осадка/слабого электролита (воды)
В растворах щелочей pH > 7, поэтому лакмус окрашивает их в синий цвет.
Амфотерные оксиды соответствуют амфотерным гидроксидам. Их свойства такие же двойственные: они реагирую как с кислотами – с образованием соли
и воды, так и с основаниями – с образованием комплексных солей.
Al(OH)3 + HCl → AlCl3 + H2O (амф. гидроксид + кислота = соль + вода)
Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4] (амф. гидроксид + основание = комплексная соль)
При нагревании до высоких температур комплексные соли не образуются.
Al(OH)3 + KOH → (t) KAlO2 + H2O (амф. гидроксид + основание = (прокаливание) соль + вода – при высоких
температурах вода испаряется, и комплексная соль образоваться не может)
Кислоты
Кислота – химическое соединение обычно кислого вкуса, содержащее водород, способный замещаться металлом при образовании соли. По классификации
кислоты подразделяются на одно-, двух- и трехосновные.
Основность кислоты определяется числом атомов водорода, которое способна отдать молекула кислоты, реагируя с основанием. Определять основность кислоты по числу атомов водорода в ней – часто верный способ, но не всегда: например, борная кислота H3BO3 является слабой одноосновной кислотой, фосфористая кислота H3PO3 – двухосновной кислотой.
Кислоты отлично реагируют с основными оксидами, основаниями, растворяя даже те, которые выпали в осадок (реакция нейтрализации). Также кислоты способны вступать в реакцию
с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода (то есть способны вытеснить его из кислоты).
H3PO4 + LiOH → Li3PO4 + H2O (кислота + основание = соль + вода – реакция нейтрализации)
Zn + HCl → ZnCl2 + H2↑ (реакция идет, так как цинк стоил в ряду активности левее водорода и способен вытеснить его из кислоты)
Cu + HCl ↛ (реакция не идет, так как медь расположена в ряду активности правее водорода, менее активна и не способна вытеснить его из кислоты)
Существуют нестойкие кислоты, которые в водном растворе разлагаются на кислотный оксид (газ) и воду – угольная и сернистая кислоты:
- H2CO3 → H2O + CO2↑
- H2SO3 → H2O + SO2↑
Записать эти кислоты в растворе в виде “H2CO3 или H2SO3” – будет считаться ошибкой. Пишите угольную
и сернистую кислоты в разложившемся виде – виде газа и воды.
Все кислоты подразделяются на сильные и слабые. Напомню, что мы составили подробную таблицу сильных и слабых кислот (и оснований!) в теме гидролиз.
В реакции из сильной кислоты (соляной) можно получить более слабую, например, сероводородную или угольную кислоту.
Однако невозможно (и противоречит законам логики) получить из более слабой кислоты сильную, например из уксусной – серную кислоту. Природу не
обманешь 🙂
K2S + HCl → H2S + KCl (из сильной – соляной кислоты – получили более слабую – сероводородную)
K2SO4 + CH3COOH ↛ (реакция не идет, так как из слабой кислоты нельзя получить сильную: из уксусной – серную)
Подчеркну важную деталь: гидроксиды это не только привычные нам NaOH, Ca(OH)2 и т.д., некоторые кислоты также считаются кислотными
гидроксидами, например серная кислота – H2SO4. С полным правом ее можно записать как кислотный гидроксид: SO2(OH)2
В завершении подтемы кислот предлагаю вам вспомнить названия основных кислот и их кислотных остатков.
Соли
Соль – ионное соединение, образующееся вместе с водой при нейтрализации кислоты основанием (не единственный способ). Водород кислоты замещается
металлом или ионом аммония (NH4). Наиболее известной солью является поваренная соль – NaCl.
По классификации соли бывают:
- Средние – продукт полного замещения атомов водорода в кислоте на металл: KNO3, NaCl, BaSO4, Li3PO4
- Кислые – продукт неполного замещения атомов водорода: LiHSO4, NaH2PO4 и Na2HPO4 (гидросульфат
лития, дигидрофосфат и гидрофосфат натрия) - Основные – продукт неполного замещения гидроксогрупп на кислотный остаток: CrOHCl (хлорид гидроксохрома II)
- Двойные – содержат два разных металла и один кислотный остаток (NaCr(SO4)2
- Смешанные – содержат один металл и два кислотных остатка MgClBr (хлорид-бромид магния
- Комплексные – содержат комплексный катион или анион – атом металла, связанный с несколькими лигандами: Na[Cr(OH)4]
(тетрагидроксохромат натрия)
Растворы или расплавы солей могут вступать в реакцию с металлом, который расположен левее металла, входящего в состав соли. В этом случае более
активный металл вытеснит менее активный из раствора соли. Например, железо способно вытеснить медь из ее солей:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu (железо стоит левее меди в ряду активности и способно вытеснить медь из ее солей)
Замечу важную деталь: исход реакции основание + кислота иногда определяет соотношение. Запомните, что если двух- или трехосновная кислота дана в
избытке – получается кислая соль, если же в избытке дано основание – средняя соль.
NaOH + H2SO4 → NaHSO4 (кислота дана в избытке)
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O (основание дано в избытке)
Если в ходе реакции соли с кислотой, основанием или другой солью выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода),
то такая реакция идет. Кислую соль также можно получить в реакции соли с соответствующей двух-, трехосновной кислотой.
Na2CO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2↑ (сильная кислота – соляная, вытесняет слабую – угольную)
MgCl2 + LiOH → Mg(OH)2↓ + LiCl
K2SO4 + H2SO4 → KHSO4 (средняя соль + кислота = кислая соль)
Чтобы сделать из кислой соли – среднюю соль, нужно добавить соответствующее основание:
KHSO4 + KOH → K2SO4 + H2O (кислая соль + основание = средняя соль)
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
При взаимодействии основных оксидов с водой получаются основания. А вот при взаимодействии с водой кислотных оксидов получаются кислоты.
Кислоты – это большой класс химических соединений, в которых есть атом водорода и так называемый кислотный остаток.
Правильно определять кислотные остатки и понимать, как определяется их валентность, просто необходимо, иначе будет сложно составлять формулы солей. Ниже мы поговорим о классификации кислот и узнаём побольше о кислотных остатках.
Классификация кислот
Делить кислоты на группы можно по разным признакам, но нас сейчас будут интересовать два: содержание кислорода и основность.
Классификация кислот по содержанию кислорода
Тут всё просто: в составе некоторых кислот кислород есть (и они называются кислородсодержащими), в составе других кислорода нет (и эти кислоты называют бескислородными).
Примеры кислородсодержащих кислот: серная Н2SO4, фосфорная H3PO4, азотная HNO3.
Примеры бескислородных кислот: сероводородная H2S, соляная HCl, плавиковая HF.
Классификация кислот по основности
Тут мы должны остановиться более подробно.
Основность определяется числом атомов водорода в составе кислоты.
Для того, чтобы узнать основность, нужно взглянуть на формулу. Например, соляная кислота HCl одноосновная, потому что здесь только один атом водорода, сернистая кислота H2SO3 – двухосновная (здесь два атома водорода), а фосфорная H3PO4 – трёхосновная (в формуле три атома водорода). Запомните, как определять основность, тогда вам будет значительно проще составлять формулы солей при составлении химических уравнений.
Теперь давайте уделим внимание второй составной части кислоты – кислотному остатку.
Кислотный остаток – это то, что останется от кислоты, если убрать водород.
То есть, в азотной кислоте HNO3 кислотный остаток -NO3, в сероводородной Н2S кислотный остаток -S, в фосфорной кислоте H3PO4 кислотный остаток – PO4. Обратите внимание, что в кислородсодержащей кислоте остаток кислород содержит, а в бескислородной не содержит.
Валентность кислотного остатка
Говорить о валентности кислотного остатка не совсем корректно, поскольку валентность – это способность атомов образовывать химические связи. Если же речь идёт о кислотном остатке кислородсодержащей кислоты, то у нас имеется группа атомов (например, кислотный остаток –NO3). Но мы всё равно будем говорить о валентности, чтобы проще было составлять формулы.
Итак,
валентность кислотного остатка определяется числом атомов водорода.
Фактически валентность равна основности. Например, у двухосновной серной кислоты H2SO4 есть кислотный остаток –SO4, валентность которого II. И для чего же нам нужно это знание? Давайте рассмотрим примеры.
Пример 1.
Составьте формулу сульфида натрия.
Натрий – металл первой группы с валентностью I. Сульфид – соль сероводородной кислоты H2S. Когда образуется соль (в данной ситуации сульфид натрия), металл замещает водород в кислоте, то есть соль состоит из металла и кислотного остатка. Тогда в сульфиде натрия будут натрий и сера. Сероводородная кислота – двухосновная, поскольку в ней два атома водорода. Следовательно, у кислотного остатка –S валентность II. Составляем формулу, используя знания о валентности:
Ответ: формула сульфида натрия H2S.
Пример 2.
Составьте формулу сульфита калия.
Этот пример посложнее: в нём фигурирует кислородсодержащая двухосновная сернистая кислота H2SO3. Из формулы видно, что валентность кислотного остатка –SO3 будет II. Калий же – металл первой группы, его валентность I. Составляем формулу:
Ответ: формула сульфита калия К2SO3.
Пример 3.
Составьте формулу нитрата кальция.
Итак, нитрат – соль азотной кислоты HNO3. Это одноосновная кислота, поэтому кислотный остаток -NO3 имеет валентность I. Кальций – металл второй группы с валентностью II. Составляем формулу:
Ответ: формула нитрата кальция Ca(NO3)2.
Обратите внимание на очень важный момент! Мы взяли кислотный остаток NO3 в скобки и внизу поставили индекс 2. Это показывает, что в формуле два кислотных остатка! Не забывайте ставить скобки, иначе это будет ошибкой. Фактически в соединении Ca(NO3)2 один атом кальция, два атома азота и шесть атомов кислорода (если раскрыть скобки), но написание CaN2O6 ничего не показывает, а вот из формулы Ca(NO3)2 сразу видно, что у нас имеется атом кальция и два кислотных остатка азотной кислоты.
Пример 4.
В заключение самый сложный пример от репетитора по химии. Нужно составить формулу фосфата магния.
Магний – металл второй группы, его валентность II. Фосфат – соль фосфорной кислоты H3PO4. Здесь кислотный остаток PO4 и его валентность III. Составляем формулу:
Формула выглядит громоздко, но она всё предельно точно рассказывает о составе вещества: в фосфате магния имеется три атома магния и два кислотных остатка фосфорной кислоты.
Ответ: формула фосфата магния Мg3(PO4)2.
Кстати, кислоты реагируют с металлами, но не всеми. Об этом читайте в тексте «Химические свойства кислот».
Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
|
Формула кислоты всегда начинается с “H”. Например, H2SO4(серная кислота), HCl(соляная кислота). Если видишь первую “H”, значит, это кислота. Основания имеют гидроксо группу OH в формуле Например, NaOH(гидроксид натрия), Ca(OH)2 (гидроксид кальция). В формуле солей первая скажем так буква – металл или неметалл ПС. Например, NaCl(хлорид натрия), Na3PO4 Еще раз: если первая “Н”, значит, кислота. Если есть “ОН”, значит, основание. Если первый металл или неметалл, значит, соль автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Krustall 6 месяцев назад Это вопрос из курса школьной химии, достаточно простой, но требующий разъяснения и запоминания. Кислоты – это то, что в растворе диссоциирует только на катионы Н+ и анионы кислотного остатка. Основания – это то, что в растворе диссоциируют на катионы металлов и гидроксид-анионы ОН-. Соли – электролиты, который диссоциируют на катионы металла, анионы кислотного остатка, а еще в некоторых случаях ЕЩЁ на Н+ (кислые соли): NaHCO3 и ОН- (Основные соли) Fe(OH)Cl2. Ну и добавим нужную расшифровку про Оксиды, это такие бинарные (то есть, два элемента) соединения, в которых один из элементов – это всегда кислород.
Sagavaha 2 года назад Мне очень нравятся простейшие пояснения из видео на вот этом канале – реально за несколько минут химия становится понятнее, чем после длинных школьных уроков. Если же вам нужно именно текстовое пояснение – то кратко это можно описать вот так: Если же нужно, чтоб было ещё и определение каждой группы – тогда ниже более развёрнуто, но и сложнее для понимания
КорнетОболенский 5 месяцев назад Вопрос из школьного курса химии. Но попробуем его соотнести с обыденной жизнью. Сначала рассмотрим химические формулы кислот, оснований и солей на примерах:
Видим, что во всех химических формулах кислот на первом месте стоит первый элемент таблицы Менделеева – водород. При этом всё, что стоит после водорода, является кислотным остатком.
Химические формулы оснований обязательно содержат в себе элемент (ОН) – соединение кислорода и водорода. Вспомним, что многие химические вещества, содержащие в своем составе атомы кислорода, называются оксидами, а водорода – гидридами. Признак основания – элемент (ОН) содержит в себе атомы кислорода и водорода одновременно. Поэтому второе название оснований – гидроксиды.
Несложно увидеть, что соли – ни что иное, как соединения атомов металлов и кислотных остатков. Т.е. Заменив в формуле кислоты водород металлом, получим ту или иную соль. Однако различить эти три разновидности химических веществ можно не только по формулам, но и на простых бытовых примерах. Уже из названия “кислота” следует, что на вкус она кислая (например, лимонная кислота, применяемая в кулинарии или муравьиная (это если запустить руку в лесной муравейник и лизнуть палец после этого) Основания – это всем известные вещества едкий натр (каустическая сода), гашеная известь. Соли – это огромное количество веществ, превышающее количество кислот и гидроксидов вместе взятых. Классическим примером соли является поваренная соль NaCl на кухонном столе или неорганические удобрения для сада и огорода (калийная селитра, сульфат аммония и пр.)
G11111 4 месяца назад Химия достаточно простая наука, но это становится понятно не сразу. Когда я учился в школе долго не мог врубиться в смысл, но потом в голове что то щелкнуло и все стало на свои места – формулы и определения стали понятны буквально с одного взгляда. Сейчас это за ненадобностью снова ушло куда то в сторону, но попробую что то вспомнить. В формулах кислот всегда впереди находится водород (Н)
Основания определяются по признакам:
Химические формулы соли строятся с учетом валентностей металла и кислотного остатка. Можно сказать, что все соли это ионные соединения, в солях связаны между собой ионы металла и ионы кислотных остатков.
Долинн 5 месяцев назад Соль и кислота очень похожи, только у кислоты в составе всегда есть водород, и в формуле водород пишут первым (символ – Н), а у соли на его месте металл. HCl – это соляная кислота. NaCl – это хлорид натрия (поваренная соль). А в основании всегда будет ОН. Так что, если у нас есть соединение, про которое мы точно знаем, что это либо кислота, либо соль, либо основание, смотрим, что идет первым. Водород? Кислота. H2SO4 – серная кислота Далее смотрим, есть ли в завершении формулы ОН (произносится о-аш). Есть? Это основание. NaOH – едкий натр. Если в формуле первым идет металл, то это соль. MgSO4 – соль, сульфат магния.
Утренняя роса 2 года назад Основания, кислоты и соли – это сложные вещества, образованные катионами и анионами. Сравним кислоты и соли: И те и другие имеют в своем составе кислотные остатки. В этом их сходство. Различие солей и кислот в том, что в кислотах кислотный остаток соединен с катионами водорода, а в солях кислотный остаток соединен с катионами металла. Например: H2SO4 (серная кислота) и CaSO4 (сульфат кальция – соль), кислотный остаток одинаковый, но в кислоте – водород, а в соли – металл кальций. Сравним соли и основания: Соль состоит из катионов металла и анионов кислотного остатка – CaSO4. Основание состоит из катионов металла и анионов гидроксогрупп (-ОН)- Ca(OH)2 Кислоты и основания, на первый взгляд, сравнить нельзя, но надо учесть, что и кислоты и основания – это гидроксиды (гидр-оксиды, то есть оксид с водой). Кислоты – это гидроксиды неметаллов, а основания – это гидроксиды металлов. Кислота + основание = соль + вода (реакция нейтрализации).
SVFE48 4 месяца назад Основания, соли и кислоты можно различать по своим химическим свойствам. Основания – это вещества, которые обладают способностью отдавать протоны (положительно заряженные частицы). Они характеризуются также высокой pH (более 7). Соли – это вещества, образующиеся в результате реакции оснований и кислот. Они содержат ионы, но у них нет способности отдавать или принимать протоны. Кислоты – это вещества, которые обладают способностью принимать протоны. Они характеризуются низким pH (менее 7). Обычно они имеют кислый вкус и могут окислять металлы. В некоторых случаях можно различать основания, соли и кислоты также с помощью цветных индикаторов. Например, розовый цвет индикатора фенолофталеин указывает на присутствие основания, зеленый цвет индикатора метилового зеленого указывает на присутствие кислоты, а желтый цвет индикатора хлорофилла указывает на присутствие соли. Однако стоит помнить, что цветные индикаторы не всегда точно показывают наличие оснований, солей и кислот, поэтому лучше всего использовать их в сочетании с другими методами анализа.
Степан БВ 3 месяца назад Основания, соли и кислоты можно различать по своей реакции с водой. Основания растворяются в воде и при добавлении индикатора (например, фенолфталеина) происходит появление розового цвета. Соли не растворяются в воде, но при добавлении индикатора появляется желтый цвет. Кислоты при добавлении индикатора происходит появление зеленого цвета. Также можно использовать тесты на рН, чтобы определить, какое вещество имеется в веществе. РН больше 7 означает, что это основание, РН меньше 7 означает, что это кислота.
Rnd 3 месяца назад Химические реакции могут быть легко определены по первой букве в формуле вещества. Начинается ли она с “H”? Тогда это кислота, как в случае с серной кислотой (H2SO4) или соляной кислотой (HCl). Ищешь группу “OH”? Тогда это основание, как гидроксид натрия (NaOH) или гидроксид кальция (Ca(OH)2). Если же первый элемент – металл или неметалл, то это соль, как хлорид натрия (NaCl) или фосфат натрия (Na3PO4). Запомни это правило и определяй химические соединения с уверенностью! Знаете ответ? |
2.1. Классификация неорганических веществ. Номенклатура неорганических веществ (тривиальная и международная).
Классификация неорганических веществ с примерами соединений
Теперь проанализируем представленную выше классификационную схему более детально.
Как мы видим, прежде всего все неорганические вещества делятся на простые и сложные:
Простыми веществами называют такие вещества, которые образованы атомами только одного химического элемента. Например, простыми веществами являются водород H2, кислород O2, железо Fe, углерод С и т.д.
Среди простых веществ различают металлы, неметаллы и благородные газы:
Металлы образованы химическими элементами, расположенными ниже диагонали бор-астат, а также всеми элементами, находящимися в побочных группах.
Благородные газы образованы химическими элементами VIIIA группы.
Неметаллы образованы соответственно химическими элементами, расположенными выше диагонали бор-астат, за исключением всех элементов побочных подгрупп и благородных газов, расположенных в VIIIA группе:
Названия простых веществ чаще всего совпадают с названиями химических элементов, атомами которых они образованы. Однако для многих химических элементов широко распространено такое явление, как аллотропия. Аллотропией называют явление, когда один химический элемент способен образовывать несколько простых веществ. Например, в случае химического элемента кислорода возможно существование молекулярных соединений с формулами O2 и O3. Первое вещество принято называть кислородом так же, как и химический элемент, атомами которого оно образовано, а второе вещество (O3) принято называть озоном. Под простым веществом углеродом может подразумеваться любая из его аллотропных модификаций, например, алмаз, графит или фуллерены. Под простым веществом фосфором могут пониматься такие его аллотропные модификации, как белый фосфор, красный фосфор, черный фосфор.
Сложные вещества
Сложными веществами называют вещества, образованные атомами двух или более химических элементов.
Так, например, сложными веществами являются аммиак NH3, серная кислота H2SO4, гашеная известь Ca(OH)2 и бесчисленное множество других.
Среди сложных неорганических веществ выделяют 5 основных классов, а именно оксиды, основания, амфотерные гидроксиды, кислоты и соли:
Оксиды — сложные вещества, образованные двумя химическими элементами, один из которых кислород в степени окисления -2.
Общая формула оксидов может быть записана как ЭxOy, где Э — символ какого-либо химического элемента.
Номенклатура оксидов
Название оксида химического элемента строится по принципу:
Например:
Fe2O3 — оксид железа (III); CuO — оксид меди (II); N2O5 — оксид азота (V)
Нередко можно встретить информацию о том, что в скобках указывается валентность элемента, однако же это не так. Так, например, степень окисления азота N2O5 равна +5, а валентность, как это ни странно, равна четырем.
В случае, если химический элемент имеет единственную положительную степень окисления в соединениях, в таком случае степень окисления не указывается. Например:
Na2O — оксид натрия; H2O — оксид водорода; ZnO — оксид цинка.
Классификация оксидов
Оксиды по их способности образовывать соли при взаимодействии с кислотами или основаниями подразделяют соответственно на солеобразующие и несолеобразующие.
Несолеобразующих оксидов немного, все они образованы неметаллами в степени окисления +1 и +2. Список несолеобразующих оксидов следует запомнить: CO, SiO, N2O, NO.
Солеобразующие оксиды в свою очередь подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основными оксидами называют такие оксиды, которые при взаимодействии с кислотами (или кислотными оксидами) образуют соли. К основным оксидам относят оксиды металлов в степени окисления +1 и +2, за исключением оксидов BeO, ZnO, SnO, PbO.
Кислотными оксидами называют такие оксиды, которые при взаимодействии с основаниями (или основными оксидами) образуют соли. Кислотными оксидами являются практически все оксиды неметаллов за исключением несолеобразующих CO, NO, N2O, SiO, а также все оксиды металлов в высоких степенях окисления (+5, +6 и +7).
Амфотерными оксидами называют оксиды, которые могут реагировать как с кислотами, так и основаниями, и в результате этих реакций образуют соли. Такие оксиды проявляют двойственную кислотно-основную природу, то есть могут проявлять свойства как кислотных, так и основных оксидов. К амфотерным оксидам относятся оксиды металлов в степенях окисления +3, +4, а также в качестве исключений оксиды BeO, ZnO, SnO, PbO.
Некоторые металлы могут образовывать все три вида солеобразующих оксидов. Например, хром образует основный оксид CrO, амфотерный оксид Cr2O3 и кислотный оксид CrO3.
Как можно видеть, кислотно-основные свойства оксидов металлов напрямую зависят от степени окисления металла в оксиде: чем больше степень окисления, тем сильнее выражены кислотные свойства.
Основания
Основания — соединения с формулой вида Me(OH)x, где x чаще всего равен 1 или 2.
Исключения: Be(OH)2, Zn(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH)2 не относятся к основаниям, несмотря на степень окисления металла +2. Данные соединения являются амфотерными гидроксидами, которые еще будут рассмотрены в этой главе более подробно.
Классификация оснований
Основания классифицируют по количеству гидроксогрупп в одной структурной единице.
Основания с одной гидроксогруппой, т.е. вида MeOH, называют однокислотными основаниями, с двумя гидроксогруппами, т.е. вида Me(OH)2, соответственно, двухкислотными и т.д.
Также основания подразделяют на растворимые (щелочи) и нерастворимые.
К щелочам относятся исключительно гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, а также гидроксид таллия TlOH.
Номенклатура оснований
Название основания строится по нижеследующему принципу:
Например:
Fe(OH)2 — гидроксид железа (II),
Cu(OH)2 — гидроксид меди (II).
В тех случаях, когда металл в сложных веществах имеет постоянную степень окисления, указывать её не требуется. Например:
NaOH — гидроксид натрия,
Ca(OH)2 — гидроксид кальция и т.д.
Кислоты
Кислоты — сложные вещества, молекулы которых содержат атомы водорода, способные замещаться на металл.
Общая формула кислот может быть записана как HxA, где H — атомы водорода, способные замещаться на металл, а A — кислотный остаток.
Например, к кислотам относятся такие соединения, как H2SO4, HCl, HNO3, HNO2 и т.д.
Классификация кислот
По количеству атомов водорода, способных замещаться на металл, кислоты делятся на:
— одноосновные кислоты: HF, HCl, HBr, HI, HNO3;
— двухосновные кислоты: H2SO4, H2SO3, H2CO3;
— трехосновные кислоты: H3PO4, H3AsO4.
Следует отметить, что количество атомов водорода в случае органических кислот чаще всего не отражает их основность. Например, уксусная кислота с формулой CH3COOH, несмотря на наличие 4-х атомов водорода в молекуле, является не четырех-, а одноосновной. Основность органических кислот определяется количеством карбоксильных групп (-COOH) в молекуле.
Также по наличию кислорода в молекулах кислоты подразделяют на бескислородные (HF, HCl, HBr и т.д.) и кислородсодержащие (H2SO4, HNO3, H3PO4 и т.д.). Кислородсодержащие кислоты называют также оксокислотами.
Более детально про классификацию кислот можно почитать здесь.
Номенклатура кислот и кислотных остатков
Нижеследующий список названий и формул кислот и кислотных остатков обязательно следует выучить.
В некоторых случаях облегчить запоминание может ряд следующих правил.
Как можно видеть из таблицы выше, построение систематических названий бескислородных кислот выглядит следующим образом:
Например:
HF — фтороводородная кислота;
HCl — хлороводородная кислота;
H2S — сероводородная кислота.
Названия кислотных остатков бескислородных кислот строятся по принципу:
Например, Cl— — хлорид, Br— — бромид.
Названия кислородсодержащих кислот получают добавлением к названию кислотообразующего элемента различных суффиксов и окончаний. Например, если кислотообразующий элемент в кислородсодержащей кислоте имеет высшую степень окисления, то название такой кислоты строится следующим образом:
Например, серная кислота H2S+6O4, хромовая кислота H2Cr+6O4.
Все кислородсодержащие кислоты могут быть также классифицированы как кислотные гидроксиды, поскольку в их молекулах обнаруживаются гидроксогруппы (OH). Например, это видно из нижеследующих графических формул некоторых кислородсодержащих кислот:
Таким образом, серная кислота иначе может быть названа как гидроксид серы (VI), азотная кислота — гидроксид азота (V), фосфорная кислота — гидроксид фосфора (V) и т.д. При этом число в скобках характеризует степень окисления кислотообразующего элемента. Такой вариант названий кислородсодержащих кислот многим может показаться крайне непривычным, однако же изредка такие названия можно встретить в реальных КИМах ЕГЭ по химии в заданиях на классификацию неорганических веществ.
Амфотерные гидроксиды
Амфотерные гидроксиды — гидроксиды металлов, проявляющие двойственную природу, т.е. способные проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.
Амфотерными являются гидроксиды металлов в степенях окисления +3 и +4 (как и оксиды).
Также в качестве исключений к амфотерным гидроксидам относят соединения Be(OH)2, Zn(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH)2, несмотря на степень окисления металла в них +2.
Для амфотерных гидроксидов трех- и четырехвалентных металлов возможно существование орто- и мета-форм, отличающихся друг от друга на одну молекулу воды. Например, гидроксид алюминия (III) может существовать в орто-форме Al(OH)3 или мета-форме AlO(OH) (метагидроксид).
Поскольку, как уже было сказано, амфотерные гидроксиды проявляют как свойства кислот, так и свойства оснований, их формула и название также могут быть записаны по-разному: либо как у основания, либо как у кислоты. Например:
| Амфотерный гидроксид в форме основания | Амфотерный гидроксид в форме кислоты | «Кислотный» остаток |
| Zn(OH)2 гидроксид цинка | H2ZnO2 цинковая кислота | ZnO22- цинкат |
| Al(OH)3 (орто)гидроксид алюминия | H3AlO3 ортоалюминиевая кислота | AlO33- ортоалюминат |
| AlO(OH) метагидроксид алюминия | HAlO2 метаалюминиевая кислота | AlO2— метаалюминат |
Соли
Соли — это сложные вещества, в состав которых входят катионы металлов и анионы кислотных остатков.
Так, например, к солям относятся такие соединения как KCl, Ca(NO3)2, NaHCO3 и т.д.
Представленное выше определение описывает состав большинства солей, однако же существуют соли, не попадающие под него. Например, вместо катионов металлов в состав соли могут входить катионы аммония или его органические производные. Т.е. к солям относятся такие соединения, как, например, (NH4)2SO4 (сульфат аммония), [CH3NH3]+Cl— (хлорид метиламмония) и т.д.
Также противоречат определению солей выше класс так называемых комплексных солей, которые будут рассмотрены в конце данной темы.
Классификация солей
С другой стороны, соли можно рассматривать как продукты замещения катионов водорода H+ в кислоте на другие катионы или же как продукты замещения гидроксид-ионов в основаниях (или амфотерных гидроксидах) на другие анионы.
При полном замещении образуются так называемые средние или нормальные соли. Например, при полном замещении катионов водорода в серной кислоте на катионы натрия образуется средняя (нормальная) соль Na2SO4, а при полном замещении гидроксид-ионов в основании Ca(OH)2 на кислотные остатки нитрат-ионы образуется средняя (нормальная) соль Ca(NO3)2.
Соли, получаемые неполным замещением катионов водорода в двухосновной (или более) кислоте на катионы металла, называют кислыми. Так, при неполном замещении катионов водорода в серной кислоте на катионы натрия образуется кислая соль NaHSO4.
Соли, которые образуются при неполном замещении гидроксид-ионов в двухкислотных (или более) основаниях, называют основными солями. Например, при неполном замещении гидроксид-ионов в основании Ca(OH)2 на нитрат-ионы образуется основная соль Ca(OH)NO3.
Соли, состоящие из катионов двух разных металлов и анионов кислотных остатков только одной кислоты, называют двойными солями. Так, например, двойными солями являются KNaCO3, KMgCl3 и т.д.
Если соль образована одним типом катионов и двумя типами кислотных остатков, такие соли называют смешанными. Например, смешанными солями являются соединения Ca(OCl)Cl, CuBrCl и т.д.
Существуют соли, которые не попадают под определение солей как продуктов замещения катионов водорода в кислотах на катионы металлов или продуктов замещения гидроксид-ионов в основаниях на анионы кислотных остатков. Это — комплексные соли. Так, например, комплексными солями являются тетрагидроксоцинкат- и тетрагидроксоалюминат натрия с формулами Na2[Zn(OH)4] и Na[Al(OH)4] соответственно. Распознать комплексные соли среди прочих чаще всего можно по наличию квадратных скобок в формуле. Однако нужно понимать, что, чтобы вещество можно было отнести к классу солей, в его состав должны входить какие-либо катионы, кроме (или вместо) H+, а из анионов должны быть какие-либо анионы помимо (или вместо) OH—. Так, например, соединение H2[SiF6] не относится к классу комплексных солей, поскольку при его диссоциации из катионов в растворе присутствуют только катионы водорода H+. По типу диссоциации данное вещество следует скорее классифицировать как бескислородную комплексную кислоту. Аналогично, к солям не относится соединение [Ag(NH3)2]OH, т.к. данное соединение состоит из катионов [Ag(NH3)2]+ и гидроксид-ионов OH—, т.е. его следует считать комплексным основанием.
Номенклатура солей
Номенклатура средних и кислых солей
Название средних и кислых солей строится по принципу:
Если степень окисления металла в сложных веществах постоянная, то ее не указывают.
Названия кислотных остатков были даны выше при рассмотрении номенклатуры кислот.
Например,
Na2SO4 — сульфат натрия;
NaHSO4 — гидросульфат натрия;
CaCO3 — карбонат кальция;
Ca(HCO3)2 — гидрокарбонат кальция и т.д.
Номенклатура основных солей
Названия основных солей строятся по принципу:
Например:
(CuOH)2CO3 — гидроксокарбонат меди (II);
Fe(OH)2NO3 — дигидроксонитрат железа (III).
Номенклатура комплексных солей
Номенклатура комплексных соединений значительно сложнее, и для сдачи ЕГЭ многого знать из номенклатуры комплексных солей не нужно.
Следует уметь называть комплексные соли, получаемые взаимодействием растворов щелочей с амфотерными гидроксидами. Например:
*Одинаковыми цветами в формуле и названии обозначены соответствующие друг другу элементы формулы и названия.
Тривиальные названия неорганических веществ
Под тривиальными названиями понимают названия веществ не связанные, либо слабо связанные с их составом и строением. Тривиальные названия обусловлены, как правило, либо историческими причинами либо физическими или химическими свойствами данных соединений.
Список тривиальных названий неорганических веществ, которые необходимо знать:
| Na3[AlF6] | криолит |
| SiO2 | кварц, кремнезем |
| FeS2 | пирит, железный колчедан |
| CaSO4∙2H2O | гипс |
| CaC2 | карбид кальция |
| Al4C3 | карбид алюминия |
| KOH | едкое кали |
| NaOH | едкий натр, каустическая сода |
| H2O2 | перекись водорода |
| CuSO4∙5H2O | медный купорос |
| NH4Cl | нашатырь |
| CaCO3 | мел, мрамор, известняк |
| N2O | веселящий газ |
| NO2 | бурый газ |
| NaHCO3 | пищевая (питьевая) сода |
| Fe3O4 | железная окалина |
| NH3∙H2O (NH4OH) | нашатырный спирт |
| CO | угарный газ |
| CO2 | углекислый газ |
| SiC | карборунд (карбид кремния) |
| PH3 | фосфин |
| NH3 | аммиак |
| KClO3 | бертолетова соль (хлорат калия) |
| (CuOH)2CO3 | малахит |
| CaO | негашеная известь |
| Ca(OH)2 | гашеная известь |
| прозрачный водный раствор Ca(OH)2 | известковая вода |
| взвесь твердого Ca(OH)2 в его водном растворе | известковое молоко |
| K2CO3 | поташ |
| Na2CO3 | кальцинированная сода |
| Na2CO3∙10H2O | кристаллическая сода |
| MgO | жженая магнезия |
