Глава 2. Основные классы неорганических соединений

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. Различие между ними по физическим свойствам очевидны: для первых характерен металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность, пластичность, для вторых  отсутствие этих характеристик. Еще более существенны различия их химических свойств.

Всего известно 22 неметалла: водород Н, гелий Не; бор В, углерод С, азот N, кислород О, фтор F, неон Ne; кремний Si, фосфор Р, сера S, хлор Сl, аргон Ar; мышьяк As, селен Se, бром Br, криптон Kr; теллур Te, иод I, ксенон Xe; астат At, радон Rn.

Остальные элементы относятся к металлам.

Ранее уже отмечалось, что все вещества делятся на простые, которые состоят из атомов одного элемента, и сложные, которые состоят из атомов разных элементов.

Важнейшими классами сложных веществ являются: оксиды, гидроксиды и соли.

2.1. Оксиды

Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород.

Общая формула оксидов: Э_xO_y, где Э  символ элемента.

В оксидах степень окисления кислорода равна 2 (исключение: O⁺²F₂).

Названия оксидов включают в себя название элемента с указанием его степени окисления римскими цифрами. Например: SO₃  оксид серы (VI), CrO₃  оксид хрома (VI) и т.д.

Физические свойства оксидов весьма разнообразны; среди них есть газообразные вещества (СО₂, SO₂, NO и др.), жидкости (N₂O₃, N₂O₄, Cl₂O₇ и др.), твердые вещества (СаО, СuO, Al₂O₃, SiO₂ и др.).

2.1.1. Получение оксидов

Основными способами получения оксидов являются следующие:

1. Непосредственное соединение простых веществ с кислородом:

С + О₂ = СО₂

4Li + O₂ = 2Li₂O

2. Горение сложных веществ:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

3. Разложение кислородсодержащих соединений (гидроксидов, солей) при нагревании:

СаСО₃ = СаО + СО₂

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

H₂SiO₃ = SiO₂ + H₂O

2.1.2. Классификация и свойства оксидов

Все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие.

I. Оксиды металлов.

Все оксиды металлов являются солеобразующими и делятся на оснóвные, амфотерные и кислотные. Кроме того, металлы образуют только твердые оксиды.

1. Оснóвные оксиды.

Основные оксиды образуют металлы в степенях окисления +1 и +2. Например: , Ca⁺²O, Fe⁺²O и др.

1) Основные оксиды, образованные такими металлами как Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr и Ba, взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

Na₂O + H₂O = 2NaOH

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

Другие основные оксиды с водой не взаимодействуют:

FeO + H₂O ≠

MnO + H₂O ≠

2) Все основные оксиды растворяются в кислотах, образуя соль и воду:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O

3) Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами, образуя соли:

СаО + СО₂ = СаСО₃

2. Кислотные оксиды.

Кислотные оксиды образуют металлы в высоких степенях окисления. Например: Cr⁺⁶O₃, и др.

Некоторые кислотные оксиды металлов взаимодействуют с водой с образованием кислот:

СrО₃ + H₂О = H₂CrO₄

3. Амфотерные оксиды.

Амфотерными называются оксиды, которые могут проявлять свойства основных и кислотных оксидов.

Амфотерные оксиды образуют металлы в степенях окисления +2, +3 и +4. Например: Be⁺²O, Zn⁺²O, , Mn⁺⁴O₂ и др.

1) Амфотерные оксиды в воде нерастворимы и с водой непосредственно не соединяются.

2) При повышенных температурах амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотными и основными оксидами:

Al₂O₃ + CaO = Ca(AlO₂)₂

ZnO + SO₂ = ZnSO₃

3) Амфотерные оксиды реагируют с кислотами, подобно основным оксидам, образуя соль и воду:

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

4

сплавление

) Aмфотерные оксиды реагируют с основаниями, подобно кислотным оксидам. Продукт реакции определяется условиями ее проведения. Если реакция происходит при сплавлении твердых веществ, то образуются соли, устойчивые только в безводной среде (цинкат натрия, алюминат натрия и т.д.) и пары воды. Если же реакция происходит в растворе щелочи, то образуются растворимые комплексные соли.

Z

цинкат натрия

nO + 2NaOH Na₂ZnO₂ + H₂O

водный раствор

Z

тетрагидроксоцинкат натрия

nO + 2NaOH + H₂O Na₂[Zn(OH)₄]

Другие амфотерные оксиды ВеО, SnO и РbO образуют соединения, аналогичные по составу соединениям ZnO, а Сr₂O₃  соединения, подобные соединениям Al₂O₃.

Если металл может образовывать несколько оксидов, то по мере увеличения степени окисления металла возрастают кислотные свойства оксида: