Курс Лекций по Неорганической Химии

Для небольшого числа хорошо известных веществ также используют специальные названия:

3.2 Структура и свойства основных классов неорганических соединений

Основные классы неорганических соединений включают: простые вещества, которые делятся на металлы и неметаллы, и сложные, которые включают оксиды, гидроксиды (основания и кислоты) и соли (Рис.3.1.).

Оксиды – соединения элемента с кислородом, имеющим степень окисления –2. Общая формула ЭmOn.

Оксиды, не образующие кислот, оснований и солей при обычных условиях, называются несолеобразующими.

Солеобразующие оксиды подразделяются на кислотные, основные и амфотерные (обладающие двойственными свойствами). Неметаллы образуют только кислотные оксиды, металлы – все остальные и некоторые кислотные.

При взаимодействии оксидов с водой образуются гидраты оксидов – гидроксиды.

Форма гидроксидов с х ОН. Общая формула Э(ОН)х, где х = 1 и 2 называется метаформой, а содержащая больше атомов кислорода и водорода, называется ортоформой.

Основания – сложные вещества, молекулы которых состоят из атома металла (или иона NH4+) и одной или нескольких гидроксогрупп ОН, способных замещаться на кислотный остаток. Общая формула оснований Ме(ОН)х, где х – степень окисления металла.

Кислоты – сложные вещества, содержащие атомы водорода, которые могут замещаться катионами металла (или ионами аммония). Общая формула кислот

21

НхАn.

Соли – продукты замещения (полного или частичного) атомов водорода в молекулах кислот катионами металла (а также ионами аммония), либо гидроксогрупп в молекулах оснований кислотными остатками.

Соли делятся на средние, кислые, основные, двойные, смешанные и комплексные. Средние соли – это продукт полного замещения атомов водорода. МехAny.

Кислые соли – это продукт не полного замещения атомов водорода в молекулах только многоосновных кислот.

Основные соли – продукт неполного замещения гидроксогрупп в молекулах только многокислотных оснований кислотными остатками.

Двойные соли – содержит два химически разных катиона и один тип аниона. Смешанные соли – содержат один тип катиона, но два типа аниона.

В состав комплексных солей входят сложные комплексные ионы (заключѐнные в квадратные скобки), устойчивые как в кристаллическом состоянии, так и при растворении в воде.

Название средней соли = Название кислотного остатка + Название металла (род.падеж) + Степень окисления металла.

Рис. 3.1. Связь основных классов неорганических соединений

3.3 Кислотные и основные гидроксиды

Гидроксиды - тип сложных веществ, в состав которых входят атомы некоторого элемента Е (кроме фтора и кислорода) и гидроксогруппы ОН; общая формула гидроксидов Е(ОН)n, где n = 1÷6. Форма гидроксидов Е(ОН)n называется орто- формой; при n > 2 гидроксид может находиться также в мета-форме, включающей кроме атомов Е и групп ОН еще атомы кислорода О, например Е(ОН)3 и ЕО(ОН),

22

Е(ОН)4 и Е(ОН)6 и ЕО2(ОН)2. Гидроксиды делят на две противоположные по химическим свойствам группы: кислотные и основные гидроксиды.

Кислотные гидроксиды содержат атомы водорода, которые могут замещаться на атомы металла при соблюдении правила стехиометрической валентности. Большинство кислотных гидроксидов находится в мета-форме, причем атомы водорода в формулах кислотных гидроксидов ставят на первое место, например

H2SO4, HNO3 и H2CO3, а не SO2(OH)2, NO2(OH) и CO(OH)2. Общая формула кислотных гидроксидов НхЕОу, где электроотрицательную составляющую ЕОух называют кислотным остатком. Если не все атомы водорода замещены на металл, то они остаются в составе кислотного остатка. Названия распространенных кислотных гидроксидов состоят из двух слов: собственного названия с окончанием ―ая‖ и группового слова ―кислота‖. Ниже приведены формулы и собственные названия распространенных кислотных гидроксидов и их кислотных остатков (прочерк означает, что гидроксид не известен в свободном виде или в кислом водном растворе):

23

24

Названия кислотных остатков используют при построении названий солей.

Кислоты - сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. (С точки зрения теории электролитической диссоциации: кислоты - электролиты, которые при диссоциации в качестве катионов образуют только H+).

Классификация

1.По составу: бескислородные и кислородсодержащие.

2.По числу атомов водорода, способных замещаться на металл: одно-, двух-, трѐхосновные.

Бескислородные:

Получение

1. Взаимодействие кислотного оксида с водой (для кислородсодержащих кислот):

25

Если металл образует несколько гидроксидов, то указывают степень его окисления римской цифрой в скобках. Например, Fe(ОН)2 — гидроксид железa (II), Bi(OH)3 — гидроксид висмута (III). Haзвание основания составляют и так: к слову гидроксид добавляют приставки, которые показывают количество гидроксогрупп в основании. Например, Са(ОН)2 — дигидроксид кальция, Вi(ОН)3 — тригидроксид висмута. Число гидроксогрупп в молекуле основания определяет его кислотность. Например, NaOH, КОН, NH4OH — однокислотные основания, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ва(OH)2 — двухкислотные основания, La(OH)3, Bi(OH)3 — трехкислотные основания, Th(OH)4

— четырехкислотное основание. Пятикислотные и шестикислотные основания неизвестны.

Остатки оснований. Положительно заряженные группы атомов (положительные ионы), которые остаются после отрыва от молекулы основания одной или нескольких гидроксогрупп, называются остатками основания или радикалами основания. Величина положительного заряда остатка основания определяется числом отрывавшихся гидроксогрупп.

Основные гидроксиды содержат гидроксид-ионы, которые могут замещаться на кислотные остатки при соблюдении правила стехиометрической валентности. Все основные гидроксиды находятся в орто-форме; их общая формула М(ОН)n, где n = 1,2 (реже 3,4) и Мn+ катион металла. Примеры формул и названий основных гидроксидов и их остатков:

Получение

1. Реакции активных металлов (щелочных и щелочноземельных металлов) с водой:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой:

BaO + H2O = Ba(OH)2

3. Электролиз водных растворов солей

28

NaOH - H2O → Na2O Ca(OH)2 - H2O → CaO

Кислотным гидроксидам (H2SO4, H2CO3) отвечают кислотные оксиды (SO3, CO2),

а основным гидроксидам (NaOH, Ca(OH)2) основные оксиды (Na2O, CaO), причем степень окисления элемента Е не изменяется при переходе от гидроксида к оксиду. Пример формул и названий оксидов:

Амфотерные оксиды взаимодействуют

скислотами как основные: ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

соснованиями как кислотные: ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O при сплавлении в отсутствие воды

ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] в водном растворе

3. Взаимодействие основных и кислотных оксидов между собой приводит к солям.

30