Основные классы неорганических соединений

В настоящее время известно более 500 тысяч неорганических соединений, знать их формулы, названия, а тем более свойства практически невозможно. Для того чтобы легче ориентироваться в огромном многообразии химических веществ, все вещества разделены на отдельные классы, включающие соединения, сходные по строению и свойствам.

Как уже упоминалось, химические вещества принято делить на две группы: простых и сложных веществ. Все простые вещества условно делятся на металлы и неметаллы. К неметаллам относятся 22 элемента: H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, галогены (F, Br, Cl, J, At) и инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), к металлам - все остальные, то есть большинство простых веществ - металлы.

Сложные вещества подразделяются на четыре класса химических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли. Эта классификация разработана выдающимися химиками XVIII–XIX веков Антуаном Лораном Лавуазье, Михаилом Васильевичем Ломоносовым, Йёнсом Якобом Берцелиусом, Джоном Дальтоном.

Классификация сложных веществ.

Оксиды

Оксидами называются сложные химические соединения, состоящие из какого-либо элемента и кислорода. Степень окисления кислорода в оксидах равна –2. Оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие(безразличные). Некоторым оксидам невозможно сопоставить соответствующие им кислоту или основание. Такие оксиды называются несолеобразующими, например оксид углерода (II) CO, оксиды азота N₂O, NO. Они не участвуют в кислотно-основных взаимодействиях, но могут вступать в другие реакции. Так, N₂O – сильный окислитель, CO – хороший восстановитель.

Солеобразующие оксиды принято делить на 3 группы: основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды образуют только типичные металлы в степени окисления +1, +2 (не всегда), +3 (редко), то есть оксиды активных металлов, в основном 1 и 2 групп Периодической таблицы Na₂O; CuO, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов, например: SO₂; P₂O₅ и оксиды металлов с высшей степенью окисления, от +6 до +7 например: Cr⁺⁶O₃; Mn₂⁺⁷O₇ и др. Им соответствуют кислоты. Амфотерные оксиды образуют металлы в степени окисления +3, +4, +5, то естьс промежуточной степенью окисления Al₂O₃, Cr₂O₃ и др., а также элементы, расположенные вблизи условной диагонали, разделяющей металлы и неметаллы (As – As₂O₃, Sb - Sb₂O₃). Амфотерные оксиды создают некоторые металлы в степени окисления +2 – ZnO, PbO, SnO, BeO.В зависимости от условий реакции могут проявлять свойства основных и кислотных оксидов.

1. Оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами легко вступают в реакцию с водой, образуя основания или щелочи

 Na₂O + H₂O = 2NaOH

2. С кислотами основные оксиды образуют соль и воду

 Na₂O + 2HCl = 2NaCl + H₂O

3. При реакции с водой кислотные оксиды образуют кислоты (исключение - SiO₂)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

4. Кислотные оксиды со щелочами реагирует с получением соли и воды

SO₃+ 2NaOH = Na₂SO₄ + H₂O

5. Кислотные оксиды с основными оксидами образуют соли 

CO₂ + BaO = BaCO

Амфотерные оксиды в зависимости от второго реагента проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов.

Проявляя свойства основные свойства, они взаимодействуют:

1. с кислотами, образуя соль и воду

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O

2. с кислотными оксидами, образуя соль

ZnO + CO₂ = ZnCO₃

Проявляя свойства кислотных оксидов, они взаимодействуют:

1. с основаниями (щелочами), образуя соль и воду

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O

2. с основными оксидами, образуя соль

  t

ZnO + CaO = CaZnO₂

Амфотерные оксиды не взаимодействуют с водой.

Таким образом, о сновным оксидам соответствуют основания, кислотным - кислоты, амфотерным - и те и другие.

Основания

Основаниями называют сложные вещества, состоящие из иона металла или иона аммония NH₄⁺ и одной или нескольких гидроксогрупп – OH^–. Например, Fe(OH)₃; NaOH; Ba(OH)₂.

По растворимости в воде основания делятся на растворимые (щёлочи) и нерастворимые. Растворяются в воде основания щелочных и щелочноземельных металлов и гидроксид аммония.

Характерным свойством оснований является их способность взаимодействовать с кислотами, кислотными или амфотерными оксидами с образованием солей, например:

KOH + HCl = KCl + Н₂O

2NaOH + CO₂ = Na₂СO₃ + H₂O

2NaOH + ZnO = Na₂ZnO₂ + H₂O (Правильнее: 2NaOH + ZnO + H₂O = Na₂[Zn(OH)₄])

При взаимодействии с кислотами амфотерные гидроксиды проявляют свойства оснований:

Zn(ОН)₂ + 2НСl = ZnСl₂ + 2Н₂О

А при взаимодействии с основаниями – свойства кислот:

 Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄]

Кислоты

Кислоты - сложные химические соединения, состоящие из ионов водорода, способных замещаться ионами металла, и кислотных остатков. Кислоты классифицируются:

1) поосновности: одноосновные (HCl, HCN, HNO₃); многоосновные: двухосновные H₂SO₄, трехосновные H₃PO₄ и т. д. Основность кислот определяется количеством атомов водорода.

2) По содержанию атомов кислорода в молекулах кислот: бескислородные (HCl) и кислородосодержащие (H₂SO₄). По кислотно-основным свойствам бескислородные не отличаются от кислородсодержащих кислот.

1. Кислоты взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

 H₂SO₄+Cu(OH)₂ = CuSO₄+2H₂O.

1. Кислоты реагируют с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

 2HCl+MgO = MgCl₂+H₂O

 2HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O

Соли

Соли – это сложные вещества, состоящие из ионов металлов и кислотных остатков. Соли можно рассматривать как продукты полного или частного замещения атомов водорода в молекуле кислоты атомами металла или как продукты полного или частичного замещения гидроксогрупп в молекуле основного гидроксида кислотными остатками. Соли поэтому принято делить на группы: средние, кислые, основные.

Средние соли – это продукты полного замещения ионов водорода в кислоте металлом. CaSO₄

Кислые солисодержатв составе кислотного остатка ион водорода, например NaHCO₃, Ca(HSO₄)₂. и т.д.

Основные солисодержатв составе остатка основания гидроксогруппу, например (CaOH)₂SO₄.

Контрольные вопросы

1. Приведите определения понятий «атом», «молекула», «простые вещества», «сложные вещества», «моль», «молярная масса».

2. Что такое валентность элемента? Определите валентность серы в соединениях H₂S, SO₂, K₂SO₄.

3. В чем заключается периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева? Как изменяются металлические и неметаллические свойства веществ в группах и периодах?

4. Вычислите молярную массу азотной кислоты, карбоната магния, фосфата кальция.

5. Определите число молекул в 0,2 моль натрия.

6. Какая масса вещества содержится в 0,125 моль кислорода О₂?

7. Поясните сущность числа Авогадро.

8. Чему равен объем 56 г азота при н.у.?

9. Определите количество вещества в гидроксиде кальция массой 14,8 г.

10. Приведите примеры основных, кислотных и амфотерных оксидов, амфотерных гидроксидов.