Урок 12 Получить доступ за 50 баллов Основные классы неорганических соединений

Вы уже неоднократно встречались с различными типами соединений.

На этом уроке мы приведём эти знания в единую систему.

Среди неорганических химических соединений выделяют 4 основных класса:

• оксиды
• основания
• кислоты
• соли

Отнесение вещества к определенному классу происходит на основании его состава и химических свойств.

Конечно, каждое вещество обладает своими уникальными свойствами, но на этом уроке мы рассмотрим те их свойства, на основании которых вещества разделяют на классы.

Оксиды – это соединения двух элементов, один из которых – кислород.

Все химические элементы могут образовывать оксиды.

Некоторые химические элементы могут образовывать несколько оксидов, проявляя в них разные степени окисления.

При этом образуются совершенно непохожие друг на друга вещества.

Например, азот (N) образует пять оксидов:

При нормальных условиях оксиды могут быть:

• газами
• жидкостью
• твёрдым веществом

Оксиды разделяют на три группы:

• Кислотные (оксиды неметаллов). Кислотным оксидам соответствуют кислоты.
• Основные (оксиды металлов). Основным оксидам соответствуют основания.
• Амфотерные (оксиды переходных металлов), которые занимают примерно середину периодической таблицы элементов Менделеева.

  Амфотерные оксиды обычно нерастворимы в воде, а растворимы в кислотах или в основаниях. В химических реакциях с кислотами они ведут себя как основные оксиды, а в реакциях с основаниями как кислотные.

Разделение основано на том, вещество какого типа способен образовывать данный оксид:

• кислоту
• основание
• кислоту и основание

Оксид водорода (H₂O) или воду не относят ни к одному из этих типов, так как вода является основой жизни на Земле.

Оксиды легко вступают в реакцию с водой.

При этом получаются

• кислоты  SO₃ + H₂O → H₂SO₄
• основания   2Na + 2H₂O → 2 NaOH + H₂↑
  

Кислоты и основания также называют гидроксидами.

Это слово состоит из двух корней: гидро («вода») + оксид.

Основание — сложное вещество, которое состоит из атома металла или иона аммония (NH₄+) и гидроксогруппы (-OH)

Пример оснований:

Ca(OH)₂ гидроксид кальция

NH₄OH гидроксид аммония

Основания образуются при реакции основного оксида с водой

Na₂O + H₂O= 2NaOH

Не все оксиды реагируют с водой!

Из оксида кальция образуется гидроксид кальция:

Основания бывают

• растворимые в воде
• нерастворимые в воде

Из за этого их свойства различаются.

Растворимые в воде основания называют щёлочи.

Щёлочи образуют металлы I и II групп периодической системы элементов и некоторые другие металлы.

Слово «щёлочь» происходит от древнего слова «selok», обозначающего «стирать», потому что щёлочи с древних времён использовали в стирке:  они хорошо растворяют белки, жиры и песок.

Например, гидроксид натрия (NaOH) вы можете найти в составе средств для прочистки труб.

Щелочи известны с давних времен.

Поэтому для них характерны и исторически сложившиеся (тривиальные) названия:

КОН – едкое кали

NaOH – едкий натр

Са(ОН)₂ – в твёрдом виде называется гашеная известь, раствор - известковая вода

Ва(ОН)₂ – баритовая вода.

Основные свойства гидроксидов увеличиваются сверху вниз: гидроксид цезия CsOH намного более едкий, чем гидроксид натрия NaOH, но не находит широкого применения из-за малой распространенности цезия в природе.

Основания находят широкое применение в быту и в промышленности.

Кислота – это сложное вещество, в молекуле которого имеется атом водорода и кислотный остаток.

Пример: серная кислота H₂SO₄  

Ее состав можно написать так H⁺(HSO₄)^-  

Видим, что она состоит из атома водорода H⁺ и кислотного остатка (HSO₄)^- . Значит, это соединение - кислота!   

Кислоты могут образовываться реакцией кислотных оксидов с водой.

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Так образуется серная кислота H₂SO₄

Иначе H₂SO₄  можно записать в виде гидроксида SO₂(OH)₂   

Кроме этих веществ кислотами в химии также называют множество органических кислот.

Органические кислоты – это те, которые образуются в живых организмах (например, муравьиная, уксусная, лимонная, щавелевая, яблочная, винная).

Их подробно изучает отдельная область химии – органическая химия.

Общие признаки кислот- это сложные вещества, а в их составе всегда есть водород.

Все кислоты в разной степени - это едкие вещества.

Карбонаты являются очень неустойчивыми в кислотах – разлагаются с выделением углекислого газа:

Алхимики часто использовали «царскую водку» – смесь азотной и соляной кислот.

При их смешивании происходит химическая реакция:

Образующийся нитрозилхлорид – очень агрессивное вещество, оно даже реагирует с металлами, не растворяющимися в чистых кислотах: золотом, платиной и палладием.

Поэтому «царская водка» – одно из самых агрессивных химических веществ.

В лаборатории её обычно используют для очистки химической посуды от сильных загрязнений.

Кислота внутри нас.

Газ хлороводород, растворенный в воде, называют соляной кислотой.

Желудочный сок животных и человека содержит соляную кислоту HCl.

Вы могли встретиться уже с этим названием, поскольку соляная кислота свободно продаётся в хозяйственных магазинах.

Она используется в быту как чистящее средство.

Кислоты применяются:

• в быту
• в лаборатории
• в технике
• в промышленности в качестве исходных веществ для получения каких-либо других или в качестве промежуточных в ходе химических производств, также они могут являться конечным результатом производства.

Внимание! Сaution! Achtung! Attenzione! 注意力

При работе с кислотами следует помнить, что это едкие вещества, и соблюдать осторожность!

Не допускать попадания кислот на кожу, а особенно на слизистые оболочки – глаза, рот!

При попадании кислоты на кожу или в глаза следует промыть большим количеством проточной воды!

В результате многих химических реакций образуются сложные вещества, относящиеся к классу солей.

Солями называют вещества, которые состоят из атомов металла и кислотного остатка.

Кислотный остаток – та часть кислоты, которая при реакции с металлом присоединяется к нему.

Формулы солей составляют на основании учета валентности металла и кислотного остатка.

При этом каждой кислоте соответствует собственное название её кислотного остатка. Так же называется и соль (с прибавлением названия металла).

Несколько примеров с солями разных кислот приведено в таблице:

В таблице приведена лишь очень малая часть солей.

Большинство неорганических соединений представляют собой именно соли.

В первой строке таблицы вы наверняка, кроме карбоната, заметили гидрокарбонат.

NaHCO₃ – гидрокарбонат натрия (пищевая сода)

Это соль неполного замещения.

Такие соли образуются в тех случаях, когда молекула кислоты содержит несколько атомов водорода, но не все из них замещаются на металл.

При этом к названию соли добавляется приставка «гидро-», что обозначает наличие водорода (Н).

Соли могут образовываться в результате нескольких типов реакций:

• металла и неметалла      2Na + Cl₂ = 2NaCl
• металла с кислотой     Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂
• металла с солью менее активного металла    Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

• основного и кислотного оксида        MgO + CO₂= MgCO₃
• основного оксида и кислотой         CuO + H₂SO₄= CuSO₄ + H₂O

• основания и кислотой      Ca(OH)₂ + 2HCl= CaCl₂ + 2H₂O
• основания и раствора соли        Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = 2NaOH + BaSO₄
• основания и кислотного оксида        Ba(OH)₂ + CO₂ = BaCO₃ + H₂O

• обмен между двумя солями        2Na₃PO₄ + 3CaCl₂ = Ca₃(PO4)₂ + 6NaCl

• солью и кислотой        MgCO₃ + 2HCl = MgCl₂ + H₂O + CO₂

Реакции обмена проходят до конца только в тех случаях, когда образуется газ или осадок.

Соли также вступают в химические реакции с металлами, но не во всех случаях.

Происходит химическая реакция: железо переходит в раствор, а медь выделяется в чистом виде:

Такие реакции возможны только в тех случаях, когда исходный металл более активный, чем металл в составе соли.

Для определения активности металлов по отношению друг к другу химики составили ряд активности металлов:

В этом ряду активность металлов ослабевает слева направо.

Видно, что железо находится левее меди, то есть железо – более активный металл, чем медь.

Поэтому такая реакция возможна. А обратная реакция – вытеснение железа медью – невозможна.

А значит, не стоит хранить рядом гвозди и медный купорос!

Эта информация широко используется в технике. Глядя на ряд активности металлов, мы понимаем, что определенные соли и чистые металлы нельзя держать в тесном контакте, иначе между ними начнется химическая реакция.