Классификация и общие свойства основных классов неорганических веществ
Неорганические вещества классифицируют по различным классифицирующим признакам. По химическому составу их делят на простые и сложные.
Простыми называют вещества, которые образуют атомы одного и того же химического элемента; сложными — вещества, которые образуют атомы двух и более химических элементов.
Простые вещества делят на металлы и неметаллы.
Металлами называют простые вещества, которые обладают характерными металлическими свойствами, а именно высокой электро- и теплопроводностью и металлическим блеском.
Простые вещества, которые образуют атомы элементов-неметаллов, при нормальных условиях такими свойствами не обладают.
В Периодической таблице Д. И. Менделеева неметаллы расположены в главных подгруппах справа вверху от условной диагонали, проведенной через бор и астат. В главных подгруппах слева от этой диагонали и во всех побочных подгруппах располагаются металлы.
Оксидами называют класс химических соединений, состоящий из какого-либо элемента и кислорода со степенью окисления –2.
Оксиды классифицируют так.
Несолеобразующими, или безразличными, называют оксиды, не проявляющие ни оснОвные, ни кислотные свойства, например N2O, NO, CO.
Солеобразующими называют группу кислотных, основных и амфотерных оксидов.
Кислотные оксиды образуют неметаллы и некоторые металлы в высших степенях окисления. Примеры кислотных оксидов: CO2, SiO2, N2O3, NO2, N2O5, P2O3, P2O5, SO2, SO3, Cl2O5, Cl2O7, CrO3, Mn2O7.
Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием солей; с основаниями с образованием солей и воды или кислых солей, а также с водой в том случае, если образующаяся в ходе такой реакции кислота растворима в воде:
Кроме того, кислотные оксиды вступают в окислительно-восстановительные и обменные реакции:
Основные оксиды образуют металлы в низших степенях окисления. Наиболее известные из них: Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, BaO, HgO, Ag2O.
Их характерные свойства: реакции с кислотными оксидами с образованием солей и с кислотами с образованием солей и воды, например:
Некоторые основные оксиды реагируют с водой с образованием оснований. Эта реакция проходит в том случае, если продукт реакции растворим в воде:
Амфотерными называют оксиды, которые проявляют как основные, так и кислотные свойства в зависимости от другого реагента. Наиболее известные амфотерные оксиды Al2O3, Cr2O3, ZnO, BeO, PbO, SnO. Ряд оксидов, например CuО, Fe2O3, проявляет амфотерные свойства с преобладанием основных.
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей и воды или комплексных соединений:
С водой амфотерные оксиды не взаимодействуют.
Основаниями называют класс химических соединений, которые состоят из катиона металла или иона аммония и одной или нескольких гидроксильных групп, способных к замещению на анионы.
Число гидроксильных групп определяет кислотность основания.
Щелочами называют растворимые в воде основания.
Сильные основания: гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2. Слабые основания: все нерастворимые в воде гидроксиды металлов и гидрат аммиака.
Все основания легко реагируют с кислотами (реакция нейтрализации) и кислотными оксидами с образованием солей и воды:
Основания могут вступать в реакцию с кислыми солями:
Щелочи при сплавлении с амфотерными оксидами дают соль и воду:
Щелочи могут вступать в реакции обмена с солями, если в результате этой реакции образуется осадок, например:
Нерастворимые в воде основания, а также гидроксид лития при нагревании разлагаются на оксид и воду:
Кислотами называют класс химических соединений, которые содержат в своем составе один или несколько катионов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и анионов кислотных остатков.
Неорганическими кислотами называют вещества, молекулы которых при электролитической диссоциации в водной среде отщепляют протоны, в результате чего в растворе образуются гидроксоний-катионы Н3О+ и анионы кислотных остатков А–:
Исключение составляет борная кислота В(ОН)3, которая акцептирует гидроксид-ионы ОН–, в результате чего в водном растворе создается избыток гидроксоний-катионов:
Именно поэтому формулу H3BO3 и соответственно название борная кислота применять не рекомендуется, поскольку все три атома водорода молекулы В(ОН)3 не являются кислотными, т. е. не подвергаются кислотной диссоциации по Аррениусу или кислотному протолизу по Бренстеду.
Основностью кислоты называют число способных замещаться на металл атомов водорода в ее молекуле. По основности кислоты делят на одно-, двух- и трехосновные, например HBr, H2S и H3PO4 соответственно.
В зависимости от элементного состава кислоты делят на бескислородные и кислородные, например HBr и H2SO3.
Кислотный остаток — это структурный элемент молекулы кислоты, который выступает как единое целое в ходе химических реакций.
Все кислоты вступают в реакцию с основаниями с образованием солей и воды (реакция нейтрализации), с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды, например:
Водные растворы сильных кислот вступают в реакцию с металлами, которые стоят в ряду напряжений металлов левее водорода, с образованием соли и выделением водорода:
Исключением является азотная кислота в любой концентрации и концентрированная серная кислота. В этих случаях водород не выделяется, а происходит восстановление атомов азота и серы соответственно.
Сильные кислоты вытесняют более слабые кислоты из их солей. При этом образуется новая кислота и новая соль:
Сильные кислоты: HI, HBr, HCl, HClO4, H2SO4, HNO3, H2CrO4, H2Cr2O7, HMnO4.
Кислоты средней силы: H2SO3, H3PO4, HF, HNO2.
Слабые кислоты: CH3COOH, H2CO3, H2S.
Кислородсодержащие кислоты и основания объединяют в общий класс гидроксидов.
Амфотерными называют гидроксиды, способные реагировать как с кислотами, так и с основаниями. Амфотерные гидроксиды: Al(OH)3, Cr(OH)3, Zn(OH)2, Pb(OH)2, Be(OH)2, Sn(OH)2 Некоторые гидроксиды (Cu(OH)2, Fe(OH)3) проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных. Проиллюстрируем химические свойства амфотерных гидроксидов на примере реакций гидроксида цинка.
Химические свойства гидроксида:
Солями называют класс химических соединений, которые представляют собой продукты взаимодействия кислот с основаниями.
По составу соли классифицируют на средние, кислые и основные.
Средними называют соли, которые состоят только из катиона металла или иона аммония и аниона кислотного остатка, например: CsBr, MgSO4.
Кислыми называют соли, которые наряду с катионом металла содержат катионы водорода, способные замещаться на другие катионы в ходе обменных реакций, например: LiHCO3, CaHPO4.
Основными называют соли, которые наряду с анионом кислотного остатка содержат одну или несколько гидроксильных групп, способных замещаться на анионы в ходе реакций обмена, например: Al(OH)Br2, Cu(OH)I.
Комплексными называют соли, которые содержат в своем составе комплексные катионы и/или анионы, например: K4[Fe(CN)6], [Ag(NH3)2]Cl.
Двойными называют соли, формально представляющие собой продукты взаимодействия двух простых солей, например: KAl(SO4)2.
Смешанными называют соли, являющиеся производными нескольких кислот и/или оснований, например: BaClBr.
Соли могут реагировать с кислотами с образованием кислых солей; более сильные кислоты могут вытеснять более слабые из их солей:
Соли взаимодействуют со щелочами:
Растворимые в воде соли могут вступать друг с другом в реакции обмена, если один из продуктов уходит из сферы реакции в виде осадка, например:
Растворы или расплавы солей вступают во взаимодействие с металлами, стоящими левее, чем металл, входящий в состав соли, в ряду стандартных электродных потенциалов:
Кислые соли вступают в реакции со щелочами с образованием средних солей и воды:
Некоторые кислые соли, например угольной кислоты, разлагаются под действием более сильных кислот:
ОснОвные соли вступают в реакции с кислотами:
Комплексные соли реагируют с сильными кислотами, продукты реакции зависят от соотношения между реагентами, например:
При нагревании комплексные соли теряют воду:
Классификацию неорганических веществ можно представить следующей самой общей схемой:
