Основные классы неорганических веществ

Почти все элементы ПСЭМобразуют соединения с кислородом, большинство при непосредственном взаимодействии элементов. Название соединения элемента с кислородом образуют путем прибавления названия элемента в родительном падеже к слову оксид. Например, СаО – оксид кальция. Если элемент образует несколько оксидов, то после названия добавляют степень окисления элемента в круглых скобках, например FeO – оксид железа (II), Fe₂O₃ – оксид железа (III). Приведем несколько примеров реакций образования оксидов:

2Ca + O₂ =2CaO – оксид кальция;

2Mg + O₂ =2MgO – оксид магния;

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ – оксид алюминия;

Si + O₂ = SiO₂ – оксид кремния;

S + O₂ = SO₂ – оксид серы (IV).

Реакции элементов с галогенами сопровождаются образованием галогенидов:

H₂ + Cl₂ = 2HCl – хлорид водорода (хлористый водород);

2Na + Cl₂ = 2NaCl – хлорид натрия (поваренная соль);

Сa + F₂ = CaF₂ – фторид кальция;

2Al + 3I₂ = 2AlI₃ – иодид алюминия.

Водные растворы соединений галогенов с водородом являются кислотами, например HF – плавиковая кислота, HCl – соляная, или хлористоводородная, кислота.

Многие элементы могут вступать в реакции с серой, образуя сульфиды:

2Na + S = Na₂S – сульфид натрия;

Mg + S =MgS – сульфид магния.

Водный раствор соединения серы с водородом (H₂S) проявляет кислотные свойства и носит название сероводородной кислоты.

Химические свойства оксидов.Оксиды металлов 1-й и 2-й групп главных подгрупп ПСЭМ могут взаимодействовать с водой, образуя гидроксидыили основания:

Na₂O + H₂ O = 2NaOH – гидроксид натрия (едкий натр);

СаO + H₂ O = Ca(OH)₂ – гидроксид кальция (гашёная известь).

Оксиды, способные образовывать прямо или косвенно основания, называют основными оксидами.

Оксиды многих неметаллов при взаимодействии с водой образуют кислоты:

СO₂ + H₂ O = H₂СO₃ – угольная кислота;

SO₃ + H₂ O = H₂SO₄ – серная кислота.

Оксиды, способные образовывать прямо или косвенно кислоты, называют кислотными оксидами.

Основные оксиды способны взаимодействовать с кислотными оксидами с образованием солей:

СаO + СO₂ = СаСO₃ – карбонат кальция, соль угольной кислоты;

MgO + SO₃ = MgSO₄ – сульфат магния, соль серной кислоты.

Ряд оксидов, называемых амфотерными,способен реагировать и с кислотными и основными оксидами. К ним относятся, например, оксиды бериллия, алюминия, цинка.

ZnO + СаO = СaZnO₂ – цинкат кальция;

ZnO + SO₃ = ZnSO₄ – сульфат цинка.

Многие оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют, например SiO₂, MgO и др. Тем не менее косвенными реакциями могут быть получены соответствующие основания (например, Mg(OH)₂ – гидроксид магния) или кислоты (H₂SiO₃ – кремниевая кислота). По этой причине оксид магния относят к основным оксидам, а оксид кремния – к кислотным.

Гидроксиды (кислоты, основания, амфотерные гидроксиды).Основания и содержащие кислород кислоты имеют в своём составе гидроксидную группу (ОН) и называются гидроксидами. Например:

Различия в химических свойствах гидроксидов определяются различиями свойств атомов, с которыми связаны гидроксидные группировки ОН. Гидроксиды, образованные атомами элементов со степенью окисления, равной 1, почти всегда являются основаниями. Большинство гидроксидов, образованных атомами элементов со степенью окисления 2, также относятся к основаниям. Гидроксиды, образованные атомами элементов со степенью окисления от 4 до 8, относятся к кислотам. Если же степень окисления атомов равна 3, то их гидроксиды обычно являются амфотерными. Амфотерными являются также некоторые из гидроксидов элементов со степенями окисления 2 и 4.

Для кислот характерны следующие основные химические свойства:

· взаимодействие с активными металлами с образованием солей и выделением водорода:

H₂SO₄ + Mg = MgSO₄ + H₂;

· взаимодействие с основаниями и амфотерными гидроксидами (реакция нейтрализации), в результате чего образуются соли и вода:

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O;

2HNO₃ + Zn(OH)₂ = Zn(NO₃)₂ + 2H₂O;

· взаимодействие с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:

2HCl + MgO = MgCl₂ + H₂O;

2HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O.

Наиболее типичными реакциями оснований являются:

· взаимодействие с кислотами и амфотерными гидроксидами с образованием солей и воды (реакция нейтрализации):

Са(OH)₂ + H₂SO₄ = СаSO₄ + H₂O;

Са(OH)₂ + Zn(OH)₂ = СаZnO₂ + 2H₂O;

· взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:

2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O;

2NaOH + Al₂O₃ = 2NaAlO₂ + H₂O.

Амфотерные гидроксиды ведут себя в реакциях с кислотами как основания, а в реакциях с основаниями как кислоты.

В табл. 1.6 приведены формулы и названия важнейших кислот и их солей и ряда оснований.

Таблица 1.6. Формулы и названия некоторых оснований, кислот и их солей

Соли. Соединения, содержащие в своём составе атомы металлов и кислотные остатки, называются солями.

Соли можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в молекулах кислот на атомы металла. При полном замещении всех способных к замещению атомов водорода в молекуле кислоты образуются средние соли, например Na₂SO₄ – сульфат натрия. При частичном замещении атомов водорода в молекулах многоосновных кислот образуются кислые соли, например NaHСO₃ – гидрокарбонат натрия (устаревшее название – бикарбонат натрия).

Соли можно также рассматривать как продукты замещения гидроксидных групп в молекуле основания на кислотные остатки. При полном замещении всех гидроксидных групп образуются средние соли, например СаCl₂. При частичном замещении образуются основные соли, например Ca(OH)Cl – гидроксохлорид кальция. Очевидно, что основные соли не могут быть образованы гидроксидами одновалентных металлов.

Приведем некоторые химические свойства солей.

· Взаимодействие с растворимыми в воде основаниями (NaOH, КOH, Са(OH)₂); реакции протекают в том случае, если образующийся гидроксид плохо растворим в воде:

Zn(NO₃)₂ + 2NaOH =2 NaNO₃ + Zn(OH)₂ ↓.

Стрелка означает, что гидроксид цинка выпадает в осадок.

· Взаимодействие с кислотами; реакция протекает, если продукт реакции является летучим:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂CO₃.

Угольная кислота неустойчива, легко разлагается на воду и летучий углекислый газ. Иначе реакция может быть записана так:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂О + CO₂↑.

Стрелка означает, что углекислый газ улетучивается.

· Соли взаимодействуют друг с другом, если один из продуктов реакции плохо растворим в воде:

Na₂CO₃ + СаCl₂ = СаCO₃↓ + 2NaCl.