Неорганические вещества: примеры и свойства. Классификация неорганических соединений и их свойства Неорганические вещества и их классификация
Ежедневно человек взаимодействует с большим количеством предметов. Они изготовлены из разных материалов, имеют свою структуру и состав. Все, что окружает человека можно разделить на органическое и неорганическое. В статье рассмотрим, что представляют собой такие вещества, приведем примеры. Также определим, какие встречаются неорганические вещества в биологии.
Описание
Неорганическими называются такие вещества, в составе которых нет углерода. Они противоположны органическим. Также к этой группе относят несколько углеродосодержащих соединений, например:
- цианиды;
- оксиды углерода;
- карбонаты;
- карбиды и другие.
- вода;
- разные кислоты (соляная, азотная, серная);
- соль;
- аммиак;
- углекислый газ;
- металлы и неметаллы.
Неорганическая группа отличается отсутствием углеродного скелета, который характерен для органических веществ. по составу принято делить на простые и сложные. Простые вещества составляют немногочисленную группу. Всего их насчитывается примерно 400.
Простые неорганические соединения: металлы
Металлы - простые атомов которых основывается на металлической связи. Эти элементы имеют характерные металлические свойства: теплопроводность, электропроводность, пластичность, блеск и другие. Всего в этой группе выделяют 96 элементов. К ним относятся:
- щелочные металлы: литий, натрий, калий;
- щелочноземельные металлы: магний, стронций, кальций;
- медь, серебро, золото;
- легкие металлы: алюминий, олово, свинец;
- полуметаллы: полоний, московий, нихоний;
- лантаноиды и лантан: скандий, иттрий;
- актиноиды и актиний: уран, нептуний, плутоний.
В основном в природе металлы встречаются в виде руды и соединений. Чтобы получить чистый металл без примесей, проводится его очистка. При необходимости возможно проведение легирования или другой обработки. Этим занимается специальная наука - металлургия. Она подразделяется на черную и цветную.
Простые неорганические соединения: неметаллы
Неметаллы - химические элементы, которые не обладают металлическими свойствами. Примеры неорганических веществ:
- вода;
- азот;
- сера;
- кислород и другие.
Неметаллы отличаются большим числом электронов на их атома. Это обуславливает некоторые свойства: повышается способность присоединять дополнительные электроны, проявляется более высокая окислительная активность.
В природе можно встретить неметаллы в свободном состоянии: кислород, хлор, А также твердые формы: йод, фосфор, кремний, селен.
Некоторые неметаллы имеют отличительное свойство - аллотропию. То есть они могут существовать в различных модификациях и формах. Например:
- газообразный кислород имеет модификации: кислород и озон;
- твердый углерод может существовать в таких формах: алмаз, графит, стеклоуглерод и другие.
Сложные неорганические соединения
Эта группа веществ более многочисленна. Сложные соединения отличаются наличием в составе вещества нескольких химических элементов.
Рассмотрим подробнее сложные неорганические вещества. Примеры и классификация их представлены ниже в статье.
1. Оксиды - соединения, одним их элементов которых является кислород. В группу входят:
- несолеобразующие (например, азота);
- солеобразующие оксиды (например, оксид натрия, оксид цинка).
2. Кислоты - вещества, в состав которых входят ионы водорода и кислотные остатки. Например, азотная сероводород.
3. Гидроксиды - соединения, в составе которых присутствует группа -ОН. Классификация:
- основания - растворимые и нерастворимые щелочи - гидроксид меди, гидроксид натрия;
- кислородосодержащие кислоты - диводород триоксокарбонат, водород триоксонитрат;
- амфотерные - гидроксид хрома, гидроксид меди.
4. Соли - вещества, в составе которых есть ионы металла и кислотные остатки. Классификация:
- средние: хлорид натрия, сульфид железа;
- кислые: гидрокарбонат натрия, гидросульфаты;
- основные: нитрат дигидроксохрома, нитрат гидроксохрома;
- комплексные: тетрагидроксоцинкат натрия, тетрахлороплатинат калия;
- двойные: алюмокалиевые квасцы;
- смешанные: сульфат алюминия калия, хлорид меди калия.
5. Бинарные соединения - вещества, состоящие из двух химических элементов:
- бескислородные кислоты;
- бескислородные соли и другие.
Неорганические соединения, содержащие углерод
Такие вещества традиционно относятся к группе неорганических. Примеры веществ:
- Карбонаты - эфиры и соли угольной кислоты - кальцит, доломит.
- Карбиды - соединения неметаллов и металлов с углеродом - карбид бериллия, карбид кальция.
- Цианиды - соли цианистоводородной кислоты - цианид натрия.
- Оксиды углерода - бинарное соединение углерода и кислорода - угарный и углекислый газы.
- Цианаты - являются производными от циановой кислоты - фульминовая кислота, изоциановая кислота.
- Карбонильные металлы - комплекс металла и монооксида углерода - карбонил никеля.
Все рассмотренные вещества отличаются индивидуальными химическими и физическими свойствами. В общем виде можно выделить отличительные черты каждого класса неорганических веществ:
1. Простые металлы:
- высокая тепло- и электропроводность;
- металлический блеск;
- отсутствие прозрачности;
- прочность и пластичность;
- при комнатной температуре сохраняют твердость и форму (кроме ртути).
2. Простые неметаллы:
- простые неметаллы могут быть в газообразном состоянии: водород, кислород, хлор;
- в жидком состоянии встречается бром;
- твердые неметаллы имеют немолекулярное состояние и могут образовывать кристаллы: алмаз, кремний, графит.
3. Сложные вещества:
- оксиды: вступают в реакцию с водой, кислотами и кислотными оксидами;
- кислоты: вступают в реакцию с водой, и щелочами;
- амфотерные оксиды: могут вступать в реакции с кислотными оксидами и основаниями;
- гидроксиды: растворяются в воде, имеют широкий диапазон температур плавления, могут менять цвет при взаимодействии с щелочами.
Клетка любого живого организма состоит из множества компонентов. Некоторыми из них являются неорганические соединения:
- Вода. Например, количество воды в клетке составляет от 65 до 95%. Она необходима для осуществления химических реакций, перемещения компонентов, процесса терморегуляции. Также именно вода определяет объем клетки и степень ее упругости.
- Минеральные соли. Могут присутствовать в организме как в растворенном виде, так и в нерастворенном. Важную роль в процессах клетки играют катионы: калий, натрий, кальций, магний - и анионы: хлор, гидрокарбонаты, суперфосфат. Минералы необходимы для поддержания осмотического равновесия, регуляции биохимических и физических процессов, образования нервных импульсов, поддержания уровня свертываемости крови и многих других реакций.
Для поддержания жизнедеятельности важны не только неорганические вещества клетки. Органические компоненты занимают 20-30 % ее объема.
Классификация:
- простые органические вещества: глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты;
- сложные органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды.
Органические компоненты необходимы для выполнения защитной, энергетической функции клетки, они служат источником энергии для клеточной активности и запасают питательные вещества, проводят синтез белков, передают наследственную информацию.
В статье были рассмотрены сущность и примеры неорганических веществ, их роль в составе клетки. Можно сказать, что существование живых организмов было бы невозможным без групп органических и неорганических соединений. Они важны в каждой сфере человеческой жизни, а также в существовании каждого организма.
В химии все многообразие неорганических веществ: принято разделять на две группы – простые и сложные. Простые вещества подразделяются на металлы и неметаллы. А сложные – на производные от простых, образованные путем их взаимодействия с кислородом, водой и между собой. Эту классификацию неорганических веществ в виде схемы изображают следующим образом:
Рис. 2.1. Классификация неорганических соединений.
Классификация реакций в неорганической химии. В неорганической химии различают реакции: 1)соединения, 2)разложения (и те и другие могут быть окислительно-восстановительными реакциями, а могут и не быть таковыми), 3)обмена, 4)замещения, которые всегда являются окислительно-восстановительными. Схемы реакций и примеры даны в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Классификация реакций
Рассмотрим получение и свойства наиболее важных классов неорганических соединений.
ОКСИДЫ (окислы) - сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления, равной -2. Общая формула любого оксида - Э х О у -2 . Различают солеобразующие (основные : Li 2 O, CaO, MgO ,FeO; амфотерные : ZnO, Al 2 O 3 , SnO 2 , Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 ; кислотные : B 2 O 3 , SO 3 , CO 2 , P 2 O 5 Mn 2 O 7) и несолеобразующие : N 2 O, NO, CO оксиды. Элементы с переменной степенью окисления образуют несколько оксидов (MnO, MnO 2 , Mn 2 O 7 , NO, N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O 5). В высшем оксиде, как правило, элемент находится в степени окисления, равной номеру группы.
По современной международной номенклатуре названия оксидов составляют следующим образом: слово «оксид», далее русское название элемента в родительном падеже, степень окисления элемента (если она переменна). Например: FeO – оксид железа (II), P 2 O 5 – оксид фосфора (V).
Основные оксиды это те, которым соответствуют гидроксиды – основания. Основными называют оксиды, взаимодействующие с кислотами с образованием соли и воды. Основные оксиды образуются только металлами в степени окисления +1,+2 (иногда +3), например: BaO, SrO, FeO, MnO, CrO, Li 2 O, Bi 2 O 3 , Ag 2 O.
Получение основных оксидов :
1) Окисление металлов при нагревании в атмосфере кислорода:
Этот метод практически неприменим для щелочных металлов, которые при окислении обычно дают пероксиды, поэтому оксиды Na 2 O, K 2 O крайне труднодоступны.
2) Обжиг сульфидов:
2СuS+3O 2 =2CuO+2SO 2 ;
4FeS 2 +11O 2 =2Fe 2 O 3 +8SO 2 .
3) Разложение гидроксидов:
Cu(OH) 2 =CuO+H 2 O.
Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.
4) Разложение солей некоторых кислородсодержащих кислот:
BaCO 3 =BaO+CO 2 ,
2Pb(NO 3) 2 =2PbO+4NO 2 +O 2
Свойства основных оксидов . Большинство основных оксидов представляет собой твердые кристаллические вещества ионного характера; в узлах кристаллической решетки расположены ионы металлов, достаточно прочно связанные с ионами O 2- , поэтому оксиды типичных металлов обладают высокими температурами плавления и кипения.
Отметим одну характерную для оксидов особенность. Близость ионных радиусов многих ионов металлов приводит к тому, что в кристаллической решетке оксидов часть ионов одного металла может быть заменена на ионы другого металла. Это приводит к тому, что для оксидов часто не выполняется закон постоянства состава, и могут существовать смешанные оксиды переменного состава.
1) Отношение к воде.
Процесс присоединения воды называется гидратацией, а образующееся вещество – гидроксидом. Из основных оксидов с водой взаимодействуют только оксиды щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba, Ra).
Li 2 O+H 2 O=2LiOH;
BaO+H 2 O=Ba(OH) 2 .
Большинство же основных оксидов в воде не растворяются и не взаимодействуют с ней. Соответствующие их гидроксиды получают косвенным путем – действием щелочей на соли (см. ниже).
2) Отношение к кислотам.
CaO+H 2 SO 4 =CaSO 4 +H 2 O;
FeO+2HCl=FeCl 2 +H 2 O.
3) Отношение к кислотным и амфотерным оксидам.
Основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов при сплавлении взаимодействуют с твердыми кислотными и амфотерными оксидами, а также с газообразными кислотными оксидами при обычных условиях.
CaO+CO 2 =CaCO 3;
3BaO+P 2 O 5 =Ba 3 (PO 4) 2 ;
сплавление
Li 2 O+Al 2 O 3 =2LiAlO 2 .
сплавление
Основные оксиды менее активных металлов взаимодействуют только с твердыми кислотными оксидами при сплавлении.
Кислотные оксиды - оксиды, которые при взаимодействии с основаниями образуют соль и воду. Кислотным оксидам соответствуют гидроксиды – кислоты. Кислотные оксиды – это оксиды неметаллов в различных степенях окисления, либо оксиды металлов в высокой степени окисления (+4 и выше). Примеры: SO 2 , SO 3 , Cl 2 O 7 , Mn 2 O 7 , CrO 3 .
Химическая связь в кислотных оксидах – ковалентная полярная. При обычных условиях кислотные оксиды неметаллов могут быть газообразными (CO 2 , SO 2), жидкими (N 2 O 3 , Cl 2 O 7), твердыми (P 2 O 5 , SiO 2).
Получение кислотных оксидов .
1) Окисление неметаллов:
2) Окисление сульфидов:
2ZnS+3O 2 =2ZnO+2SO 2
3) Вытеснение непрочных слабых кислот из их солей:
CaCO 3 +2HCl=CaCl 2 +CO 2 +H 2 O.
Свойства кислотных оксидов .
1) Отношение к воде.
Большинство кислотных оксидов растворяются в воде, вступая с ней в химическое взаимодействие и образуя кислоты:
SO 3 +H 2 O=H 2 SO 4 ,
CO 2 +H 2 O=H 2 CO 3 .
2) Отношение к основаниям.
Кислотные оксиды взаимодействуют с растворимыми основаниями – щелочами, образуя соль и воду.
SO 2 +2NaOH=Na 2 SO 3 +H 2 O;
P 2 O 5 +6NaOH=2Na 3 PO 4 +3H 2 O
сплавление
3) Отношение к основным и амфотерным оксидам.
Твердые кислотные оксиды взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами при сплавлении. Жидкие и газообразные оксиды взаимодействуют с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов при обычных условиях.
P 2 O 5 +3CuO=Cu 3 (PO 4) 2 ;
сплавление
3SiO 2 +Al 2 O 3 =Al 2 (SiO 3) 3
сплавление
Амфотерные оксиды взаимодействуют и с кислотами и со щелочами, проявляя свойства кислотных и основных оксидов. Им соответствуют амфотерные гидроксиды. Все они твердые вещества, нерастворимые в воде. Примеры амфотерных оксидов: ZnO, BeO, SnO, PbO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Sb 2 O 3 , MnO 2 .
Свойства амфотерных оксидов .
Амфотерные оксиды реагируют с кислотами как основные:
Al 2 O 3 +6HCl=2AlCl 3 +3H 2 O,
а со щелочами – как кислотные. Состав продуктов реакции зависит от условий. При сплавлении:
ZnO+2NaOH=Na 2 ZnO 2 +H 2 O;
Цинкат натрия
В растворе щелочи образуется растворимая комплексная соль, содержащая гидроксокомплексный ион:
ZnO+2NaOH+H 2 O=Na 2
Тетрагидроксоцинкат натрия
Несолеобразующие оксиды – это оксиды неметаллов, которым не соответствуют гидроксиды и соли. Примеры: CO, N 2 O, NO, SiO.
Оксиды широко распространены в природе. Так вода – самый распространенный оксид покрывает 71% поверхности планеты. Оксид кремния (IV) в виде 400 разновидностей кварца составляет 12% от массы земной коры. Оксид углерода (IV) (углекислый газ) содержится в атмосфере - 0,03% по объему, а также в природных водах. Важнейшие руды: гематит, магнетит, бурый железняк состоят из различных оксидов железа. Бокситы содержат оксид алюминия, и т.д.
ОСНОВАНИЯ – сложные вещества, в которых на атом металла приходится одна или несколько гидроксогрупп ОН - . Степень окисления атомов металла обычно +1, +2 (реже +3). Общая формула оснований Ме(ОН) х, где х – число гидроксогрупп – кислотность основания. (МеОН – однокислотное, Ме(ОН) 2 – двухкислотное, Ме(ОН) 3 – трехкислотное основание).
Названия основаниям дают следующим образом: «гидроксид», затем русское название металла в родительном падеже, а в скобках римскими цифрами – степень окисления, если она переменная. Например: KOH –гидроксид калия, Ni(OH) 2 – гидроксид никеля(II).
При обычных условиях основания – твердые вещества, кроме гидроксида аммония – водного раствора аммиака NH 4 OH (NH 4 + - ион аммония, входящий в состав солей аммония).
Классификация оснований. В зависимости от отношения к воде основания делятся на растворимые (щелочи) и нерастворимые. К растворимым основаниям - щелочам относятся только гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (LiOH, NaOH, KOH, CsOH, RbOH, FrOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 , Ra(OH) 2) а также водный раствор аммиака. Все остальные основания практически нерастворимы в воде.
С точки зрения теории электролитической диссоциации основания – электролиты, диссоциирующие в водном растворе с образованием в качестве анионов только гидроксид-ионов:
Ме(ОН) х Ме х+ + хОН - .
Наличие в растворе ионов гидроксида определяют с помощью индикаторов: лакмуса (синий), фенолфталеина (малиновый), метилоранжа (желтый). Нерастворимые основания не меняют окраски индикаторов.
Солеобразующие оксиды:
1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксиды металлов 1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II (кроме ZnO - оксид цинка и BeO – оксид берилия):оксид лития Li 2 O; оксид натрия Na 2 O; оксид калия K 2 O; оксид меди CuO; оксид серебра Ag2O; оксид магния MgO; оксид кальция CaO; оксид стронция SrO; оксид цезия Cs 2 O; оксид ртути (2) HgO; оксид рубидия Rb 2 O; оксид железа (2) FeO; оксид хрома CrO; оксид никеля NiO.
2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым соответствуют кислоты.
К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с валентностью от V до VII:
оксид углерода(IV) CO 2 ; оксид серы(IV) SO 2 ; оксид серы(VI) SO 3 ; оксид кремния(IV) SiO 2 ; оксид фосфора(V) P 2 O 5 ; ксид хрома(VI) CrO 3 ; ксид марганца(VII) Mn 2 O 7 ; оксид азота NO 2 ; ксиды хлора Cl 2 O 5 и Cl 2 O 3 .
3). Амфотерные оксиды – это оксиды , которым соответствуют основания и кислоты. Образуются переходными металлами. Металлы в амфотерных оксидах обычно проявляют степень окисления от +3 до +4, за исключением ZnO, BeO, SnO, PbO: оксид цинка ZnO; оксид хрома(III) Cr 2 O 3 ; оксид алюминия Al 2 O 3 ; оксид олова(II) SnO; оксид олова(IV) SnO 2 ; оксид свинца(II) PbO; оксид свинца(IV) PbO 2 ; оксид титана(IV) TiO 2 ; оксид марганца(IV) MnO 2 ; оксид железа(III) Fe 2 O 3 ; оксид бериллия BeO.
Несолеобразующие оксиды
1). Несолеобразующие оксиды
– это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II:
оксид углерода(II) CO; оксид азота(II) NO; оксид азота(I) N 2 O; оксид кремния(II) SiO, оксид серы(I) S 2 O; оксид водорода H 2 O.
Основания. Классификация оснований
Основаниями называют гидроксиды, которые диссоциируют (распадаются) на гидроксильную группу и положительно заряженный катион. Общая формула оснований - Э(OН)m, где m – степень окисления металла.
Классификация оснований по силе:
1). Сильные основания.
Растворимые в воде основания называются щелочами:
NaOH - гидроксид натрия (едкий натр); KOH - гидроксид калия (едкое кали); LiOH - гидроксид лития; Ba(OH) 2 - гидроксид бария; Ca(OH) 2 - гидроксид кальция (гашеная известь).
2). Слабые основания:
Mg(OH) 2 - гидроксид магния; Fe(OH) 2 - гидроксид железа (II); Zn(OH) 2 - гидроксид цинка; NH 4 OH - гидроксид аммония; А1 (ОН) 3 - гидроксид алюминия; Fe(OH) 3 - гидроксид железа (III) и т.д. (большинство гидроксидов металлов).
Классификация оснований по растворимости
Более приемлемой является классификация оснований по растворимости их в воде.
1) Растворимые основания. Щёлочи – это основания растворимые в воде. К щелочам относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, CaOH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 .
2). Нерастворимые основания - это так называемые амфотерные гидроксиды, которые при взаимодействии с кислотами выступают как основания, а со щёлочью -как кислоты.
Классификация оснований по числу гидроксильных групп (ОН):
1). Однокислотные основания (n = 1) - это основание, в состав которых входит одна группа - (ОН): LiOH, KOH, NaOH, NH4OH.
2). Двухкислотные основания - (n = 2) - это основание, в состав которых входит две группы - (ОН): Ba(OH) 2 , Mg(OH) 2 , Zn(OH) 2 , Fe(OH) 2 .
3). Трехкислотные основания - (n = 3) - это основание, в состав которых входит три группы - (ОН): Fe(OH) 3 , А1(ОН) 3 и др.
Кислоты. Классификация кислот
Кислота – это сложное вещество, в молекуле которого имеется один или несколько атомов водорода и кислотный остаток. Кислоты классифицируют по таким признакам: а) по наличию или отсутствию кислорода в молекуле и б) по числу атомов водорода.
а) Классификация кислот по наличию или отсутствию кислорода в молекуле:
1). Кислородсодержащие кислоты: H 2 SO 4 - серная кислота; H 2 SO 3 - сернистая кислота; HNO 3 - азотная кислота; H 3 PO 4 - фосфорная кислота; H 2 CO 3 - угольная кислота; Н 2 SiO 3 - кремниевая кислота; HClO 4 - хлорная кислота; HClO 3 - триоксохлорат(V) водорода (хлорноватая кислота); HClO 2 - диоксохлорат(III) водорода (хлористая кислота); HClO - оксохлорат(I) водорода (хлорноватистая кислота); H 2 Cr 2 O 7 - гептаоксодихромат(VI) диводорода (дихромовая кислота); H 2 S 4 O 6 - гексаоксотетрасульфат диводорода (тетратионовая кислота); Н 2 В 4 О 6 - гексаоксотетраборат диводорода (тетраметаборная кислота); H - гексагидроксостибат(V) водорода; H 3 PO 3 S - тиофосфорная кислота; HбSO 3 S - тиосерная кислота; H 3 PO 3 - фосфористая (фосфоновая) кислота.
2). Бескислородные кислоты: HF - фтороводородная кислота; HCl - хлороводородная кислота (соляная кислота); HBr - бромоводородная кислота; HI - иодоводородная кислота; H 2 S - сероводородная кислота; HAuCl4 - тетрахлороаурат(III) водорода (золотохлористоводородная кислота); HSCN - роданистоводородная кислота; HN3 - азидоводородная кислота.
б) Классификация кислот по числу атомов водорода:
1). Одноосновные кислоты - это кислоты, в состав которых входит один ион (Н +): HNO 3 - азотная кислота; HF - фтороводородная кислота; HCl - хлороводородная кислота; HBr - бромоводородная кислота; HI - иодоводородная кислота; HClO 4 - хлорная кислота; HClO 3 - триоксохлорат(V) водорода (хлорноватая кислота); HClO 2 - диоксохлорат(III) водорода (хлористая кислота); HClO - оксохлорат(I) водорода (хлорноватистая кислота); HAuCl 4 - тетрахлороаурат(III) водорода (золотохлористоводородная кислота); H - гексагидроксостибат(V) водорода; HSCN - роданистоводородная кислота.
2). Двухосновные кислоты - это кислоты, в состав которых входит два иона (Н +): H 2 SO 4 - серная кислота; H 2 SO 3 - сернистая кислота; H 2 S - сероводородная кислота; H 2 CO 3 - угольная кислота; H 2 SiO 3 - кремниевая кислота; H 2 Cr 2 O 7 - гептаоксодихромат(VI) диводорода (дихромовая кислота); H 2 S 4 O 6 - гексаоксотетрасульфат диводорода (тетратионовая кислота); Н 2 В 4 О 6 - гексаоксотетраборат диводорода (тетраметаборная кислота); H 2 SO 3 S - тиосерная кислота.
3). Трехосновные кислоты - это кислоты, в состав которых входит три иона (Н +): H 3 PO 4 - фосфорная кислота; H3BO3 - борная кислота; H 3 AsO 4 - мышьяковая кислота; H 3 PO 3 S - тиофосфорная кислота; H 3 AlO 3 - ортоалюминиевая кислота; H 3 PO 3 - фосфористая (фосфоновая) кислота.
4). Многоосновные (полиосновные) кислоты - это кислоты, в состав которых входит четыре и более ионов (Н +): H 4 SiO 4 - ортокремниевая кислота; H 4 CO 4 - ортоугольная кислота; H 4 P 2 O 7 - дифосфорная (пирофосфорная) кислота; Н 6 P 6 O 18 - гексафосфорная кислота; H 6 TeO 6 - теллуровая кислота.
Другие классификации кислот:
По силе кислот:
Сильные кислоты - диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1 .
10 -3 (HNO 3); HCl; H 2 SO 4);
Слабые кислоты - константа диссоциации меньше 1 .
10 -3 (уксусная кислота Kд = 1,7 .
10 -5).
По устойчивости:
Устойчивые кислоты (H 2 SO 4);
Неустойчивые кислоты (H 2 CO 3).
По принадлежности к классам химических соединений:
Неорганические кислоты: (HBr); (H 2 SO 4);
Органические кислоты: (HCOOH,CH3COOH).
По летучести:
Летучие кислоты: (HNO 3 ,H 2 S);
Нелетучие кислоты: (H 2 SO 4).
По растворимости в воде:
Растворимые кислоты (H 2 SO 4);
Нерастворимые кислоты (H 2 SiO 3).
Соли.
Солями называются вещества, в которых атомы металла связаны с кислотными остатками. Исключением являются соли аммония, в которых с кислотными остатками связаны не атомы металла, а частицы NH4+, например, (NH4)2SO4 – сульфат аммония.
Классификация солей:
1). Средние соли.
Средние соли
- это сложные вещества, которые в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков, т.е. они являются продуктами замещения всех катионов водорода в молекулах кислоты на катионы металла (Na 2 CO 3 , K 3 PO 4).
2). Кислые соли.
Кислые соли
- это продукты частичного замещения катионов водорода в кислотах на катионы металла (NaHCO 3 , KH 2 PO 4 , K 2 HPO 4). Они образуются при нейтрализации основания избытком кислоты (то есть в условиях недостатка основания или избытка кислоты).
3). Основные соли.
Основные соли
- это продукты неполного замещения гидроксогрупп основания (OH -) кислотными остатками (CuOH) 2 CO 3 , CoNO 3 (OH). Они образуются в условиях избытка основания или недостатка кислоты.
4). Комплексные соли.
Комплексные соли
- соли, имеющие сложные катионы или анионы, в которых связь образована по донорно-акцепторному механизму. Комплексные ионы, соединяясь с другими ионами, образуют комплексные соли, например, K 4 , Cl, K 2 , (Na 2 ) и др.
Классификация солей по числу присутствующих в структуре катионов и анионов
Вывыделяют следующие типы солей:
1). Простые соли.
Простые соли
- это соли, состоящие из одного вида катионов и одного вида анионов (NaCl).
2). Двойные соли.
Двойные соли
- это соли, содержащие два различных типа катионов. примером двойных солей являются (KAl(SO 4) 2 .
12H 2 O) (алюмокалиевые квасцы), KAl(SO4) 2 (сульфат алюминия-калия), MgK 2 (SO4) 2 , AgK(CN) 2 . Двойные соли существуют только в твердом виде.
3). Смешанные соли.
Смешанные соли
- это соли, в составе которых присутствует два различных аниона (Ca(OCl)Cl), Fe(NH 4) 2 (SO 4) 2 [сульфат диаммония-железа(II)], LiAl(SiO 3) 2 (метасиликат алюминия-лития), Ca(ClO)Cl (хлорид-гипохлорит кальция), Na 3 CO 3 (HCO 3) (гидрокарбонат-карбонат натрия), Na 2 IO 3 (NO 3) (нитрат-иодат натрия)
4). Гидратные соли (кристаллогидраты).
Гидратные соли или кристаллогидраты
- это соли, в состав которых входят молекулы кристаллизационной воды, например, Na 2 SO 4 ·10 H 2 O, CaSO 4 ·
2H 2 O (гиппс), MgCl 2 ·
KCl·
6H 2 O (карналлит), CuSO 4 ·
5H 2 O (медный купорос), FeSO 4 ·
7H 2 O (железный купорос), Na 2 CO 3 ·
10H 2 O (кристаллическая сода).
5). Внутренние соли.
Внутренние соли
- это соли, которые образованы биполярными ионами, то есть молекулами, содержащими как положительно заряженный, так и отрицательно заряженный атом (+) NН 3 -CH 2 -COO (-) (биполярный ион аминокислоты глицина), (+) NH 3 -C 6 H 4 -SO 3 (-) (сульфаниловая кислота или таурин). Таурин
- сульфокислота, образующаяся в организме из аминокислоты цистеина.
3. Классификация неорганических соединений
При классификации необходимо строго придерживаться признаков, по которым она проводится. Простейшим признаком является состав – атомный или элементный. По атомному составу можно выделить одно-, двух- и т.д. атомные (Не; N 2 и СО; О 3 и NO 2 и т.д., соответственно). То же по элементному составу: одноэлементные (Не, N 2); двухэлементные (СО, СО 2) и т.д.. Кроме того – по названию (виду) одного из элементов или радикалов, входящих в состав ряда соединений: оксиды, сульфиды, гидроксиды, сульфаты и т.д.
По функциональным признакам неорганические соединения подразделяются на классы в зависимости от характерных функций, выполняемых ими в химических ре акциях. Например, широко используется кислотно-основная классификация, связанная с теорией кислот и оснований Аррениуса. В этой теории кислотой называют вещество, которое при диссоциации в воде образует ионы Н + и анионы, основанием – вещество, образующее при этом ионы ОН – и катионы, при взаимодействии кислоты и основания образуется соль и вода. Таким образом, в соответствии с этой теорией выделяют три группы веществ.
В соответствии с этой же теорией любые сложные вещества могут обладать кислотными, основными или амфотерными свойствами.
Кислотные свойства проявляет вещество, если оно при растворении в воде образует кислоту, а в реакциях с другими веществами отдаёт Н + , образует анион и присоединяет катион.
Основные свойства – противоположны кислотным.
Амфотерность – проявление противоположных свойств одним и тем же веществом (в данном случае и кислотных, и основных).
В качестве примеров приведём классификации оксидов, гидроксидов и фторидов по этому признаку.
Сложные вещества
(неорганические)
Оксиды Основания Кислоты Соли
Оксиды - это сложные вещества, в состав которых входят атомы кислорода и какого-либо другого элемента (Э Х О Y ). Степень окисления кислорода в оксидах равна - 2. Например, Fe 2 O 3 - оксид железа (Ш); CгO - оксид хрома (II) или оксид хрома (+2).
По химическим свойствам оксиды различают:
ОКСИДЫ
основные амфотерные кислотные
образуются металлами Al 2 O 3 ,BeO,ZnO,PbO, образуются неметалла-
(MgO;CrO;CuOи др)Cr 2 O 3 ,SnO,SnO 2 ,GeO, ми и металлами в
в степ. окисл. +1, +2GeO 2 ,Sb 2 O 3 ,MnO 2 и др. высш. степ. окисления.
(CO 2 ;P 2 O 5 ;Mn 2 O 7 .)
Основными оксидами называются такие, которые при взаимодействии с кислотами образуют катион в составе соли и воду. Соединения этих оксидов с водой относят к классу оснований (например, оксиду Na 2 O соответствует основание NaOH).
Кислотными оксидами называются такие, которые при взаимодействии с основаниями образуют анион в составе соли и воду. Соединения этих оксидов с водой относят к классу кислот (например, оксиду P 2 O 5 соответствует кислота H 3 PO 4 , а оксиду Cl 2 O 7 - кислота HClO 4).
К амфотерным оксидам относятся такие, которые взаимодействуют с растворами кислот и оснований с образованием соли и воды. Соединения этих оксидов с водой – гидроксиды – могут иметь как кислотные, так и основные свойства (например, амфотерному оксиду ZnO соответствует основание Zn(OH) 2 и кислота H 2 ZnO 2 – изменением порядка записи атомов в формуле часто подчеркивают функцию соединения).
При взаимодействии кислотных и основных оксидов между собой образуется соль, катион которой принадлежит основному, а анион – кислотному оксиду.
Таким образом, характерной особенностью оксидов является способность их к образованию солей. Поэтому такие оксиды относятся к солеобразующим. Наряду с солеобразующими существуют и несолеобразующие, или безразличные, оксиды, которые не образуют кислот и солей. Примером могут служить CO, N 2 O, NO, . SiO .
Если элемент образует оксиды в нескольких степенях окисления , то амфотерные оксиды разделяют основные и кислотные так, что оксиды, соответствующие низшим степеням окисления являются основными, а высшим - кислотными .
Например, марганец образует оксиды:
2 +3 +4 +6 +7
MnO Mn 2 O 3 MnO 2 MnO 3 Mn 2 O 7
основные оксиды амфотерный кислотные оксиды
Для хрома характерны степени окисления: +2, +3 и +6.
Оксиды CrO Cr 2 O 3 CrO 3
основной амфотерный кислотный
Химические свойства оксидов
основные кислотные
1. Основные оксиды взаимодействуют 1. Кислотные оксиды взаимодействуют
с кислотами с образованием соли и воды: с растворимыми основаниями (щелочами)
CuO+H 2 SO 4 =CuSO 4 +H 2 O.cобразованием соли и воды:
CO 2 + 2NaOH=Na 2 CO 3 +H 2 O.
2.Оксиды активных металлов взаимо- 2 Кислотные оксиды взаимодействуют
действуют с водой с образованием водой с образованием кислоты:
щелочи: Li 2 O + H 2 O = 2LiOH. P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4 .
3. Основные и кислотные оксиды взаимодействуют между собой
с образованием соли: CaO + CO 2 = CaCO 3 .
амфотерные
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием соли и воды:
ZnO+ 2HCl=ZnCl 2 +H 2 O;
ZnO+ 2NaOH=Na 2 ZnO 2 +H 2 O
или ZnO + 2NaOH + H 2 O = Na 2 .
По отношению к растворению в воде оксиды (и многие другие вещества) подразделяют на растворимые и нерастворимые. Растворимые оксиды и другие вещества, образующие кислоты, называются ангидридами соответствующих кислот (SO 3 - ангидрид серной кислоты Н 2 SO 4 ; Cl 2 О 7 - ангидрид НСlO 4).
Пример 7. Какие из перечисленных ниже элементов образуют кислотные оксиды:
Na,Zn,Ba,Ti,B? Составьте формулы этих оксидов.
Решение. Из перечисленных элементовNa,Baявляются типичными металлами, поэтому образуют основные оксиды-Na 2 O,BaO;
Znобразует амфотерный оксид формула которого-ZnO;
Бор относится к неметаллам, следовательно, его оксид B 2 O 3 является кислотным.
Титан относится к переходным металлам и может проявлять степени окисления +2 и +4, следовательно, в высшей степени окисления +4 титан образует кислотный оксид TiO 2 .
Пример 8. Для указанных оксидов укажите их характер и напишите формулы соответствующих гидроксидов:CaO,V 2 O 5 ,PbO,Li 2 O.
Решение. СаО-оксид кальция-образован металлом, поэтому имеет основной характер, следовательно, соответствующий ему гидроксид-Са(ОН) 2 ;
V 2 O 5 -оксид ванадия (V)-образован переходным металлом в высшей степени окисления, поэтому является кислотным оксидом (ангидридом). Соответствующий гидроксид-ванадиевая кислота-HVO 3 ;
PbO-оксид свинца-является амфотерным оксидом, поэтому ему соответствует как кислотаH 2 PbO 2 ; так и основание-Pb(OH) 2 .
Li 2 O– оксид лития-является основным оксидом, так как образован металлом и ему соответствует основаниеLiOH.
Пример 9. Приведите три примера реакций между оксидом элемента 2-го периода и оксидом элемента 4-го периода.
Решение. Чтобы прошло взаимодействие между двумя оксидами надо, чтобы один из оксидов был основным (или амфотерным) , а другой-кислотным (или амфотерным). Во втором периодеLi 2 O-основной оксид, ВеО-амфотерный, СО 2 иN 2 O 5 -кислотные. В четвертом периоде К 2 О, СаО,FeO-основные, Сr 2 O 3 -амфотерный,As 2 O 5 ,CrO 3 ,SeO 3 -кислотные оксиды. Уравнения:
СО 2 + К 2 О = К 2 СО 3 ; ВеО + СаО = СаВеО 2 ; 3N 2 O 5 + Сr 2 O 3 = 2Сr(NO 3) 3 .
Гидроксиды - сложные вещества, в состав которых входят одна или несколько гидроксильных групп – Э(ОН) n , ЭО m (OH) n и др.. Такая форма записи применяется, если хотят подчеркнуть основные свойства гидроксида (NaOH, AlO(OH), SO 2 (OH) 2). Если нужно подчеркнуть кислотные свойства, то формулу записывают в другом порядке – Н n ЭО m (HAlO 2 , H 2 SO 4). Амфотерные основания называют амфолитами.
| " |
Философская истина: все в нашем мире относительно, – справедлива и для классификации веществ и их свойств. Великое многообразие веществ во Вселеннойи на нашей планете состоит всего лишь из 90 химических элементов. В природе встречаются вещества, построенные элементами с порядковыми номерами с 1 по 91 включительно. Элемент 43 – технеций, в настоящее время на Земле в природе не обнаружен, т.к. этот элемент не имеет стабильных изотопов. Он был получен искусственно в результате ядерной реакции. Отсюда и название элемента – от греч. téhnos – искусственный.
Все земные природные химические вещества, построенные из 90 элементов, можно разделить на два больших типа – неорганические и органические.
Органическими веществами называют соединения углерода за исключением простейших: оксидов углерода, карбидов металлов, угольной кислоты и ее солей. Все остальные вещества относятся к неорганическим.
Органических веществ насчитывается более 27 млн – гораздо больше, чем неорганических, число которых по самым оптимистическим подсчетам не превышает 400 тыс. О причинах многообразия органических соединений мы поговорим чуть позже, а пока отметим, что резкой границы между двумя этими группами веществ не существует. Например, соль изоцианат аммония NH4NCO считается неорганическим соединением, а мочевина (NH2)2CO, имеющая точно такой же элементный состав N2H4CO, – вещество органическое.
Вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное химическое строение, называются изомерами.
Неорганические вещества принято делить на два подтипа – простые и сложные (схема 1). Как вы уже знаете, простыми называют вещества, состоящие из атомов одного химического элемента, а сложные – из двух и более химических элементов.
Схема 1
Классификация неорганических веществ
Казалось бы, число простых веществ должно совпадать с числом химических элементов. Однако это не так. Дело в том, что атомы одного и того же химического элемента могут образовывать не одно, а несколько различных простых веществ. Такое явление, как вы знаете, называют аллотропией. Причинами аллотропии может быть разное число атомов в молекуле (например, аллотропные модификации элемента кислорода – кислород О2 и озон О3), а также различное строение кристаллической решетки твердого вещества (например, уже знакомые вам аллотропные видоизменения углерода – алмаз и графит).
В подтипе простых веществ выделяют металлы, неметаллы и благородные газы, причем последние часто относят к неметаллам. В основе такой классификации лежат свойства простых веществ, обусловленные строением атомов химических элементов, из которых эти вещества образованы, и типом кристаллической решетки. Всем известно, что металлы проводят электрический ток, теплопроводны, пластичны, обладают металлическим блеском. Неметаллы, как правило, такими свойствами не обладают. Наша оговорка «как правило» не случайна, и она еще раз подчеркивает относительность классификации простых веществ. Некоторые металлы по свойствам напоминают неметаллы (например, аллотропная модификация олова – серое олово – порошок серого цвета, не проводит электрический ток, лишено блеска и пластичности, тогда как белое олово, другая аллотропная модификация, – типичный металл). Напротив, неметалл графит, аллотропная модификация углерода, весьма электропроводен и обладает характерным металлическим блеском.
Самая общая классификация сложных неорганических веществ хорошо вам знакома из курса химии основной школы. Здесь выделяют четыре класса соединений: оксиды, основания, кислоты и соли.
Деление неорганических веществ на классы проводят на основании их состава, который, в свою очередь, отражается на свойствах соединений. Напомним определения представителей каждого класса.
Оксиды
– сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых – кислород в степени окисления –2 (например, Н2О, СО2, CuO).
Основания
– это сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксигрупп (например, NaOH, Ca(OH)2).
Кислоты
– это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка (например, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4).
Соли
– это сложные вещества, состоящие из атомов металла и кислотных остатков (например, NaNO3, K2SO4, AlCl3).
Подобная классификация и определения также весьма относительны. Во-первых, роль металла в основаниях и солях могут выполнять сложные частицы наподобие знакомоговам катиона аммония NH4+, состоящего только из элементов неметаллов. Во-вторых, существует достаточно многочисленная группа веществ, которые пформальным признакам (по составу) являются основаниями, а по свойствам относятся к амфотерным гидроксидам, т.е. сочетают свойства оснований и кислот. Например, гидроксид алюминия Al(OH)3 при взаимодействии с кислотой ведет себя как основание:
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O,
а при сплавлении со щелочами проявляет свойства кислоты:
H3AlO3 + NaOH = NaAlO2 + H2O.
В-третьих, в приведенную выше классификацию сложных неорганических веществ не попадает большое число соединений, которые нельзя отнести ни к одному из перечисленных классов. Это, например, соединения, образованные двумя или более элементами-неметаллами (хлорид фосфора(V) PCl5, сульфид углерода CS2, фосген COCl2).
? 1. Какие вещества называются неорганическими, а какие – органическими? Приведите примеры. Докажите относительность такой классификации веществ.
2. Какие вещества называются простыми, а какие – сложными? Почему число простых веществ превышает число химических элементов?
3. Какова классификация простых веществ? Приведите примеры веществ каждого типа. Благородные газы являются веществами атомного или молекулярного строения? Приведите аргументы в пользу той и другой точек зрения.
4. Какие неорганические вещества называются оксидами, основаниями, кислотами, солями? Приведите примеры веществ каждого класса, проиллюстрируйте их свойства двумя-тремя уравнениями химических реакций.
5. С помощью уравнений химических реакций докажите, что амфотерные гидроксиды проявляют свойства как кислот, так и оснований.
6. Карбонат кальция (мел, мрамор, известняк) вдохновлял скульпторов, художников, поэтов. Например:
