ОСНОВНЫЕ  КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ И СОСТАВЛЕНИЕ

ХИМИЧЕСКИХ  ФОРМУЛ

      Состав  химических соединений выражают химическими формулами, при составлении которых используется характеристика состояния элемента в соединении – степень окисления (с. о.).

      Степень окисления при необходимости  указывают над символом элемента в формуле или римской цифрой в названии вещества.

      Для расчета степеней окисления элементов  используют следующие правила:

• степень окисления элемента в простом веществе равна нулю ;
• степень окисления кислорода в большинстве сложных веществ равна -2 ;
• степень окисления водорода и щелочных металлов в большинстве сложных веществ равна +1 ;
• алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю, в ионе – его заряду.

      Пример. Рассчитайте степени окисления элементов в соединениях: а) NH₃; б) P₂O₅; в) NH₄NO₃. 

      Решение

      а) С. о. водорода равна +1. С. о. азота рассчитываем, приравнивая алгебраическую сумму с. о. атомов, образующих данную молекулу, нулю. Сумма с.о. атома азота (x) и трех атомов водорода 3(+1)

x + 3(+1) = 0, откуда x = -3.

.

      б) С.о. кислорода равна -2. Аналогично предыдущему составляем выражение алгебраической суммы с.о. двух атомов фосфора (2х) и пяти атомов кислорода:

2х + 5(-2) = 0, откуда х = +5.

.

         в) Большинство элементов  в соединениях проявляют несколько различных степеней окисления. Рассчитать степени окисления атомов азота в соединении NH₄NO₃ можно, разделив эту соль на ионы NH₄⁺ и NO₃^-. Далее для каждого иона составляем выражение суммы степеней окисления, включая неизвестную степень окисления атома азота х, и приравниваем его заряду иона.

      Для иона NH₄⁺:

х + 4 (+1) = +1, х = -3;

     для иона NO₃^-:

х + 3(-2) = -1, х = +5.

Формула нитрата  аммония с указанием с. о. азота:

.

КЛАССЫ  НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

      Химические  вещества могут быть простыми и сложными. Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы (см. далее). Граница между металлами и неметаллами размыта, выделенные элементы проявляют двойственность свойств. 

La^* – первый элемент семейства лантаноидов (14 лантаноидов),

Ас** – первый элемент семейства актиноидов (14 актиноидов).

      Сложные неорганические соединения делят на три основных класса – оксиды, гидроксиды и соли.

Оксиды

      Если  элементы проявляют переменную с.о., то образуют оксиды различного состава, что учитывают в названии оксида указанием с.о. элемента. Если элемент  образует один оксид, то в названии оксида с.о. не указывают.

      Например, Al₂O₃ – оксид алюминия (алюминий проявляет единственную с. о., равную +3); N₂O₃ – оксид азота (III) (азот проявляет различные с. о., в данном оксиде с. о. азота равна +3).

      Несолеобразующие оксиды весьма немногочисленны – например CO, NO, N₂O.

      Основные  оксиды образуют только типичные металлы в степени окисления +1, +2 (не всегда), +3 (редко).

      Кислотные оксиды образуют неметаллы, а также металлы в высоких степенях окисления (+6, +7). Оксиды неметаллов - SO₂, P₂O₅, оксиды металлов – , .

      Амфотерные  оксиды образуют металлы в степени окисления +3, +4, +5, иногда +2, а также элементы, расположенные вблизи условной диагонали, разделяющей металлы и неметаллы (As - As₂O₃, Sb - Sb₂O₃). Амфотерные оксиды некоторых металлов в степени окисления +2 –ZnO, PbO, SnO, BeO – полезно запомнить. Амфотерные оксиды сочетают свойства основных и кислотных оксидов.

Химические свойства оксидов

• Отношение к воде

      Из  основных оксидов с водой реагируют только оксиды щелочных (IА подгруппа) и щелочноземельных (IIА подгруппа, кроме Be и Mg) металлов, в результате образуются растворимые основные гидроксиды

BaO + H₂O = Ba(OH)₂.

      Большинство кислотных оксидов реагируют с водой, в результате образуются растворимые кислотные гидроксиды (кислоты)

SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

Некоторые кислотные оксиды, в том числе SiO₂, с водой не реагируют.

      Амфотерные  оксиды с водой не реагируют.

 

• Кислотно-основные взаимодействия

      Оксиды  вступают в кислотно-основные взаимодействия, в результате которых образуются соли. Реагируют только вещества, одно из которых проявляет кислотные свойства, а другое - основные

MgO + SiO₂ = MgSiO₃,

                        основной  кислотный     соль

                           оксид        оксид

BaO + Al₂O₃ = Ba(AlO₂)₂,

                       основной  амфотерный    соль

                         оксид          оксид

BaO + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + H₂O,

                  основной     кислота         соль

                    оксид

N₂O₅ + PbO = Pb(NO₃)₂,

                      кислотный амфотерный    соль

                        оксид          оксид

P₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3H₂O,

                кислотный    основание        соль

                    оксид

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O,

                амфотерный     кислота         соль

                      оксид

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂O.

                амфотерный   основание       соль

                      оксид      (щелочь)

      Амфотерные  оксиды в реакциях с кислотами и кислотными оксидами проявляют основные свойства, в реакциях со щелочами и основными оксидами – кислотные свойства.

Гидроксиды

      Общая формула гидроксидов – Э(OH)_n, где n равно степени окисления элемента и принимает значения 1÷6. При n > 2 гидроксиды могут существовать в разных гидратных орто- и мета- формах. Переход орто-формы в мета-форму можно представить как потерю (вычитание) одной или двух молекул воды, например:

      Э(ОН)₃ ® ЭOOH + H₂O

                              орто-           мета-

                             форма          форма

Метаформы гидроксидов  содержат в своем составе, кроме гидроксогрупп, атомы кислорода.

      Каждому солеобразующему оксиду соответствует  гидроксид, причем в паре оксид - соответствующий  гидроксид одинаковы кислотно-основной характер соединений и их отношение  к воде.

 Na₂O – основной оксид, реагирует с водой,

      NaOH – основание, растворимое в воде.

 SiO₂      – кислотный оксид, нерастворимый в воде,

      H₂SiO₃ – кислота, в воде не растворяется.

 SnO       – амфотерный оксид, нерастворимый в воде,

      Sn(OH)₂ – амфотерный гидроксид, нерастворимый в воде.

      Основания. Основания – гидроксиды, которые в водных растворах диссоциируют (распадаются) с образованием гидроксид-ионов (OH^-).

      Основания образуют элементы, соответствующие  оксиды которых имеют основной характер. Название оснований составляют из слова ‘‘гидроксид’’ и названия элемента с указанием степени окисления, если степень окисления переменна, например: Ca(OH)₂ – гидроксид кальция, Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III).

По растворимости  в воде основания делят на две  группы – растворимые (щелочи) и  нерастворимые. Растворимые основания образуют щелочные и щелочноземельные металлы (прил. 3).

      Кислоты. Кислоты – соединения, которые в водных растворах диссоциируют с образованием ионов водорода (H⁺). В формулах кислот атомы водорода ставят на первое место: Н_nЭO_m.