Калия, натрия или лития, могут взаимодействовать с водой. В этом случае в продуктах реакции обнаруживаются соединения, относящиеся к гидроксидам. Свойства этих веществ, особенности протекания химических процессов, в которых участвуют основания, обусловлены присутствием в их молекулах гидроксильной группы. Так, в реакциях электролитической диссоциации основания расщепляются на ионы металла и анионы OH - . Как основания взаимодействуют с оксидами неметаллов, кислотами и солями, мы и рассмотрим в нашей статье.
Номенклатура и строение молекулы
Чтобы правильно назвать основание, требуется к названию металлического элемента прибавить слово гидроксид. Приведем конкретные примеры. Основание алюминия относится к амфотерным гидроксидам, свойства которых мы рассмотрим в статье. Обязательное присутствие в молекулах оснований гидроксильной группы, связанной с катионом металла ионным типом связи, можно определить с помощью индикаторов, например, фенолфталеина. В водной среде избыток ионов OH - определяется по изменению цвета раствора индикатора: бесцветный фенолфталеин становится малиновым. Если металл проявляет несколько валентностей, он может образовывать несколько оснований. Например, железо имеет два основания, в которых равна 2 или 3. Первое соединение характеризуется признаками второе - амфотерных. Поэтому свойства высших гидроксидов отличаются от соединений, в которых металл имеет низшую степень валентности.
Физическая характеристика
Основания - это твердые вещества, устойчивые к нагреванию. По отношению к воде они делятся на растворимые (щелочи) и нерастворимые. Первая группа образована активными в химическом отношении металлами - элементами первой и второй групп. Нерастворимые в воде вещества состоят из атомов других металлов, чья активность уступает натрию, калию или кальцию. Примерами таких соединений могут служить основания железа или меди. Свойства гидроксидов будут зависеть от того, к какой группе веществ они относятся. Так, щелочи являются термически прочными и не разлагаются при нагревании, тогда, как нерастворимые в воде основания под действием высокой температуры разрушаются, образуя оксид и воду. Например, основание меди разлагается следующим образом:
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O
Химические свойства гидроксидов
Взаимодействие между собой двух важнейших групп соединений - кислот и оснований - именуют в химии реакцией нейтрализации. Такое название можно объяснить тем, что химически агрессивные гидроксиды и кислоты образуют нейтральные продукты - соли и воду. Являясь, по сути, обменным процессом между двумя сложными веществами, нейтрализация характерна как для щелочей, так и для нерастворимых в воде оснований. Приведем уравнение реакции нейтрализации между едким калием и хлоридной кислотой:
KOH + HCl = KCl + H 2 O
Важное свойство оснований щелочных металлов является их способность реагировать с кислотными оксидами, в результате можно получить соль и воду. Например, пропуская через гидроксид натрия углекислый газ, можно получить его карбонат и воду:
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
К реакциям ионного обмена относится взаимодействие между щелочами и солями, идущее с образованием нерастворимых гидроксидов или солей. Так, приливая по каплям раствор в раствор сернокислой меди, можно получить голубой желеобразный осадок. Это основание меди, нерастворимое в воде:
CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4
Химические свойства гидроксидов, нерастворимых в воде, отличаются от щелочей тем, что они при небольшом нагревании теряют воду - дегидратируются, переходя в форму соответствующего основного окисла.
Основания, проявляющие двойственные свойства
Если элемент или может реагировать и с кислотами, и с щелочами - его называют амфотерным. К таковым относятся, например, цинк, алюминий и их основания. Свойства амфотерных гидроксидов позволяют записывать их молекулярные формулы как в выделяя при этом гидроксогруппу, так и в виде кислот. Представим несколько уравнений реакций основания алюминия с хлоридной кислотой и гидроксидом натрия. Они иллюстрируют особые свойства гидроксидов, относящихся к амфотерным соединениям. Вторая реакция проходит с распадом щелочи:
2Al(OH) 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O
Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2H 2 O
Продуктами процессов будут вода и соли: хлорид алюминия и алюминат натрия. Все амфотерные основания не растворяются в воде. Добывают их в результате взаимодействия соответствующих солей и щелочей.
Способы получения и применение
В промышленности, требующей больших объемов щелочей, их получают электролизом солей, содержащих катионы активных металлов первой и второй группы периодической системы. Сырьем для добычи, например, едкого натрия, служит раствор поваренной соли. Уравнение реакции будет таким:
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2
Основания малоактивных металлов в лаборатории получают взаимодействием щелочей с их солями. Реакция относится к типу ионного обмена и заканчивается выпадением осадка основания. Простой способ получения щелочей - это реакция замещения, проходящая между активным металлом и водой. Она сопровождается разогреванием реагирующей смеси и относится к экзотермическому типу.
Свойства гидроксидов используют в промышленности. Особую роль здесь играют щелочи. Их применяют в качестве очистителей керосина и бензина, для получения мыла, обработки натуральной кожи, а также в технологиях производства искусственного шелка и бумаги.
Основания – сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких гидроксильных групп. Общая формула оснований Ме(ОН) n . Основания (с точки зрения теории электролитической диссоциации) – это электролиты, диссоциирующие при растворении в воде с образованием катионов металла и гидроксид-ионов ОН – .
Классификация. По растворимости в воде основания делят на щелочи (растворимые в воде основания) и нерастворимые в воде основания . Щелочи образуют щелочные и щелочно-земельные металлы, а также некоторые другие элементы-металлы. По кислотности (числу ионов О Н – , образующихся при полной диссоциации, или количеству ступеней диссоциации) основания подразделяют на однокислотные (при полной диссоциации получается один ион О Н – ; одна ступень диссоциации) и многокислотные (при полной диссоциации получается больше одного иона О Н – ; более одной ступени диссоциации). Среди многокислотных оснований различают двухкислотные (например, Sn(OH) 2 ), трехкислотные (Fe(OH) 3) и четырехкислотные (Th(OH) 4). Однокислотным является, например, основание КОН.
Выделяют группу гидроксидов, которые проявляют химическую двойственность. Они взаимодействую как с основаниями, так и с кислотами. Это амфотерные гидроксиды (см. таблицу 1) .
Таблица 1 - Амфотерные гидроксиды
|
Амфотерный гидроксид (основная и кислотная форма) |
Кислотный остаток и его валентность |
Комплексный ион |
|
Zn(OH) 2 / H 2 ZnO 2 |
ZnO 2 (II) |
2– |
|
Al(OH) 3 / HAlO 2 |
AlO 2 (I) |
– , 3– |
|
Be(OH) 2 / H 2 BeO 2 |
BeO 2 (II) |
2– |
|
Sn(OH) 2 / H 2 SnO 2 |
SnO 2 (II) |
2– |
|
Pb(OH) 2 / H 2 PbO 2 |
PbO 2 (II) |
2– |
|
Fe(OH) 3 / HFeO 2 |
FeO 2 (I) |
– , 3– |
|
Cr(OH) 3 / HCrO 2 |
CrO 2 (I) |
– , 3– |
Физические свойства. Основания - твердые вещества различных цветов и различной растворимости в воде.
Химические свойства оснований
1) Диссоциация : КОН + n Н 2 О К + × m Н 2 О + ОН – × d Н 2 О или сокращенно: КОН К + + ОН – .
Многокислотные основания диссоциируют по нескольким ступеням (в основном диссоциация протекает по первой ступени). Например, двухкислотное основание Fe(OH) 2 диссоциирует по двум ступеням:
Fe(OH) 2 FeOH + + OH – (1 ступень);
FeOH + Fe 2+ + OH – (2 ступень).
2) Взаимодействие с индикаторами (щелочи окрашивают фиолетовый лакмус в синий цвет, метилоранж – в желтый, а фенолфталеин – в малиновый):
индикатор + ОН – (щелочь )окрашенное соединение.
3 ) Разложение с образованием оксида и воды (см. таблицу 2 ). Гидроксиды щелочных металлов устойчивы к нагреванию (плавятся без разложения). Гидроксиды щелочно-земельных и тяжелых металлов обычно легко разлагаются. Исключение составляет Ba(OH) 2 , у которого t разл достаточно высока (примерно 1000 ° C ).
Zn(OH) 2 ZnO + H 2 O .
Таблица 2 - Температуры разложения некоторых гидроксидов металлов
| Гидроксид | t разл , ° C | Гидроксид | t разл , ° C | Гидроксид | t разл , ° C |
| LiOH | 925 | Cd(OH) 2 | 130 | Au(OH) 3 | 150 |
| Be(OH) 2 | 130 | Pb(OH) 2 | 145 | Al (OH) 3 | >300 |
| Ca(OH) 2 | 580 | Fe(OH) 2 | 150 | Fe(OH) 3 | 500 |
| Sr(OH) 2 | 535 | Zn (OH) 2 | 125 | Bi (OH) 3 | 100 |
| Ba(OH) 2 | 1000 | Ni (OH) 2 | 230 | In (OH) 3 | 150 |
4 ) Взаимодействие щелочей с некоторыми металлами (например, Al и Zn ):
В растворе: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O ® 2Na + 3H 2
2Al + 2OH – + 6H 2 О ® 2 – + 3H 2 .
При сплавлении: 2Al + 2NaOH + 2H 2 O 2NaAl О 2 + 3H 2 .
5 ) Взаимодействие щелочей с неметаллами :
6 NaOH + 3Cl 2 5Na Cl + NaClO 3 + 3H 2 O .
6) Взаимодействие щелочей с кислотными и амфотерными оксидами :
2NaOH + СО 2 ® Na 2 CO 3 + H 2 O 2OH – + CO 2 ® CO 3 2– + H 2 O .
В растворе: 2NaOH + ZnO + H 2 O ® Na 2 2OH – + ZnO + H 2 О ® 2– .
При сплавлении с амфотерным оксидом: 2NaOH + ZnO Na 2 ZnO 2 + H 2 O .
7) Взаимодействие оснований с кислотами :
H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 ® CaSO 4 ¯ + 2H 2 O 2H + + SO 4 2– + Ca 2+ +2OH – ® CaSO 4 ¯ + 2H 2 O
H 2 SO 4 + Zn(OH) 2 ® ZnSO 4 + 2H 2 O 2H + + Zn(OH) 2 ® Zn 2+ + 2H 2 O.
8) Взаимодействие щелочей с амфотерными гидроксидами (см. таблицу 1 ):
В растворе: 2NaOH + Zn(OH) 2 ® Na 2 2OH – + Zn(OH) 2 ® 2–
При сплавлении: 2NaOH + Zn(OH) 2 Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O .
9 ) Взаимодействие щелочей с солями. В реакцию вступают соли, которым соответствует нерастворимое в воде основание :
CuS О 4 + 2NaOH ® Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 ¯ Cu 2+ + 2OH – ® Cu(OH) 2 ¯ .
Получение. Нерастворимые в воде основания получают путем взаимодействия соответствующей соли со щелочью:
2NaOH + ZnS О 4 ® Na 2 SO 4 + Zn(OH) 2 ¯ Zn 2+ + 2OH – ® Zn(OH) 2 ¯ .
Щелочи получают :
1) Взаимодействием оксида металла с водой :
Na 2 O + H 2 O ® 2NaOH CaO + H 2 O ® Ca(OH) 2 .
2) Взаимодействием щелочных и щелочно-земельных металлов с водой :
2Na + H 2 O ® 2NaOH + H 2 Ca + 2H 2 O ® Ca(OH) 2 + H 2 .
3) Электролизом растворов солей :
2NaCl + 2H 2 O H 2 + 2NaOH + Cl 2 .
4 ) Обменным взаимодействием гидроксидов щелочно-земельных металлов с некоторыми солями . В ходе реакции должна обязательно получаться нерастворимая соль .
Ba(OH) 2 + Na 2 CO 3 ® 2NaOH + BaCO 3 ¯ Ba 2 + + CO 3 2 – ® BaCO 3 ¯ .
Л.А. Яковишин
Основания (гидроксиды) – сложные вещества, молекулы которых в своём составе имеют одну или несколько гидрокси-групп OH. Чаще всего основания состоят из атома металла и группы OH. Например, NaOH – гидроксид натрия, Ca(OH) 2 – гидроксид кальция и др.
Существует основание – гидроксид аммония, в котором гидрокси-группа присоединена не к металлу, а к иону NH 4 + (катиону аммония). Гидроксид аммония образуется при растворении аммиака в воде (реакции присоединения воды к аммиаку):
NH 3 + H 2 O = NH 4 OH (гидроксид аммония).
Валентность гирокси-группы – 1. Число гидроксильных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и равно ей. Например, NaOH, LiOH, Al (OH) 3 , Ca(OH) 2 , Fe(OH) 3 и т.д.
Все основания – твёрдые вещества, которые имеют различную окраску. Некоторые основания хорошо растворимы в воде (NaOH, KOH и др.). Однако большинство из них в воде не растворяются.
Растворимые в воде основания называются щелочами. Растворы щелочей «мыльные», скользкие на ощупь и довольно едкие. К щелочам относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (KOH, LiOH, RbOH, NaOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 и др.). Остальные являются нерастворимыми.
Нерастворимые основания – это амфотерные гидроксиды, которые при взаимодействии с кислотами выступают как основания, а со щёлочью ведут себя, как кислоты.
Разные основания отличаются разной способностью отщеплять гидрокси-группы, поэтому признаку они делятся на сильные и слабые основания.
Сильные основания в водных растворах легко отдают свои гидрокси-группы, а слабые – нет.
Химические свойства оснований
Химические свойства оснований характеризуются отношением их к кислотам, ангидридам кислот и солям.
1. Действуют на индикаторы . Индикаторы меняют свою окраску в зависимости от взаимодействия с разными химическими веществами. В нейтральных растворах – они имеют одну окраску, в растворах кислот – другую. При взаимодействии с основаниями они меняют свою окраску: индикатор метиловый оранжевый окрашивается в жёлтый цвет, индикатор лакмус – в синий цвет, а фенолфталеин становится цвета фуксии.
2. Взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:
2NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + H 2 O.
3. Вступают в реакцию с кислотами, образуя соль и воду. Реакция взаимодействия основания с кислотой называется реакцией нейтрализации, так как после её окончания среда становится нейтральной:
2KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2H 2 O.
4. Реагируют с солями, образуя новые соль и основание:
2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4.
5. Способны при нагревании разлагаться на воду и основной оксид:
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.
Остались вопросы? Хотите знать больше об основаниях?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
Основные классы неорганических соединений
*(Уважаемые студенты! Для изучения данной темы и выполнения тестовых заданий в качестве наглядного материала необходимо иметь таблицу Периодической системы элементов, таблицу растворимости соединений и ряд напряжений металлов.
Все вещества делятся на простые, состоящие из атомов одного элемента, и сложные, состоящие из атомов двух и более элементов. Сложные вещества принято делить на органические, к которым относятся почти все соединения углерода (кроме простейших, как, например: CO, CO 2 , H 2 CO 3 , HCN) и неорганические. К наиболее важным классам неорганических соединений относятся:
а) оксиды - бинарные соединения элемента с кислородом;
б) гидроксиды, которые подразделяются на оснóвные (основания), кислотные (кислоты) и амфотерные;
Прежде, чем приступить к характеристике классов неорганических соединений, необходимо рассмотреть понятия валентности и степени окисления.
Валентность и степень окисления
Валентность характеризует способность атома образовывать химические связи. Количественно валентность - это число связей, которые образует атом данного элемента в молекуле. В соответствии с современными представлениями о строении атомов и химической связи атомы элементов способны отдавать, присоединять электроны и образовывать общие электронные пары. Полагая, что каждая химическая связь образована парой электронов, валентность можно определить как число электронных пар, которыми атом связан с другими атомами. Валентность не имеет знака.
Степень окисления (СО ) - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что молекула состоит из ионов.
Ионы - это положительно и отрицательно заряженные частицы вещества. Положительно заряженные ионы называются катионами , отрицательно - анионами . Ионы могут быть простыми, например Cl - (состоять из одного атома) или сложными, например SO 4 2- (состоять из нескольких атомов).
Если молекулы веществ состоят из ионов, то условно можно предположить, что между атомами в молекуле осуществляется чисто электростатическая связь. Это значит, что независимо от природы химической связи в молекуле, атомы более электроотрицательного элемента притягивают к себе электроны менее электроотрицательного атома.
Степень окисления обычно обозначается римскими цифрами со знаком “+” или “-” перед цифрой (например, +III), а заряд иона обозначается арабской цифрой со знаком “+” или “-” позади цифры (например, 2-).
Правила определения степени окисления элемента в соединении:
1. СО атома в простом веществе равна нулю, например, О 2 0 , С 0 , Na 0 .
2. СО фтора всегда равна -I, т.к. это самый электроотрицательный элемент.
3. СО водорода равна +I в соединениях с неметаллами (Н 2 S, NH 3) и -I в соединениях с активными металлами (LiH, CaH 2).
4. СО кислорода во всех соединениях равна -II (кроме пероксида водорода Н 2 О 2 и его производных, где степень окисления кислорода равна -I, и ОF 2 , где кислород проявляет СО +II).
5. Атомы металлов всегда имеют положительную степень окисления, равную их номеру группы в Периодической таблице, или меньшую, чем номер группы. Для первых трех групп СО металлов совпадает с номером группы, исключение составляют медь и золото, для которых более устойчивыми степенями окисления являются +II и +III соответственно.
6. Высшая (максимальная) положительная СО элемента равна номеру группы, в которой он расположен (например, Р находится в V группе А подгруппе и имеет СО +V). Это правило применимо к элементам как главных, так и побочных подгрупп. Исключение - для элементов I B и VIII А и В подгрупп, а также для фтора и кислорода.
7. Отрицательная (минимальная) СО характерна только для элементов главных подгрупп IV A - VII A, причем она равна номеру группы минус 8.
8. Сумма СО всех атомов в молекуле равна нулю, а в сложном ионе равна заряду этого иона.
Пример: Рассчитайте степень окисления хрома в соединении K 2 Cr 2 O 7 .
Решение: Обозначим СО хрома за х . Зная СО кислорода, равную -II, и СО калия +I (по номеру группы, в которой находится калий) составим уравнение:
K 2 +I Cr 2 х O 7 -II
1·2 + х ·2 + (-2)·7 = 0
Решив уравнение, получим х = 6. Следовательно, СО атома хрома равна +VI.
Оксиды
Оксиды - это соединения элементов с кислородом. Степень окисления кислорода в оксидах -II.
Составление формул оксидов
Формула любого оксида будет иметь вид Э 2 О х, где х - степень окисления элемента, образующего оксид (четные индексы следует сократить на два, например, пишут не S 2 O 6 , а SO 3). Для составления формулы оксида необходимо знать, в какой группе Периодической системы находится элемент. Максимальная СО элемента равна номеру группы. В соответствии с этим формула высшего оксида любого элемента в зависимости от номера группы будет иметь вид:
Задание : Составьте формулы высших оксидов марганца и фосфора.
Решение : Марганец расположен в VII B подгруппе Периодической системы, значит его высшая СО равна +VII. Формула высшего оксида будет иметь вид Mn 2 O 7 .
Фосфор расположен в V A подгруппе, отсюда формула его высшего оксида имеет вид Р 2 О 5 .
Если элемент находится не в высшей степени окисления, необходимо знать эту степень окисления. Например, сера, находясь в VI A подгруппе, может иметь оксид, в котором она проявляет СО равную +IV. Формула оксида серы (+IV) будет иметь вид SO 2 .
Номенклатура оксидов
В соответствии с Международной номенклатурой (IUPAC) название оксидов образуется из слова “оксид” и названия элемента в родительном падеже.
Например: СаО - оксид (чего?) кальция
Н 2 О - оксид водорода
SiO 2 - оксид кремния
CО элемента, образующего оксид, можно не указывать, если он проявляет только одну СО, например:
Al 2 O 3 - оксид алюминия;
MgO - оксид магния
Если элемент имеет несколько степеней окисления, необходимо их указывать:
СuO - оксид меди (II), Сu 2 O - оксид меди (I)
N 2 O 3 - оксид азота (III), NO - оксид азота (II)
Сохранились и часто употребляются старые названия оксидов с указанием числа атомов кислорода в оксиде. При этом используются греческие числительные- моно-, ди-, три-, тетра-, пента-, гекса- и т.д.
Например:
SO 2 - диоксид серы, SO 3 - триоксид серы
NO - монооксид азота
В технической литературе, а также в промышленности широко употребляются тривиальные или технические названия оксидов, например:
CaO - негашеная известь, Al 2 O 3 - глинозем
СО 2 - углекислый газ, СО - угарный газ
SiO 2 - кремнезем, SO 2 - сернистый газ
Методы получения оксидов
а) Непосредственное взаимодействие элемента с кислородом в надлежащих условиях:
Al + O 2 → Al 2 O 3 ;(~ 700 °С)
Cu + O 2 → CuO(< 200 °С)
S + O 2 → SO 2
Данным способом нельзя получить оксиды инертных газов, галогенов, “благородных” металлов.
б) Термическое разложение оснований (кроме оснований щелочных и щелочноземельных металлов):
Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O(> 200 °С)
Fe(OH) 3 → Fe 2 O 3 + H 2 O(~ 500-700 °С)
в) Термическое разложение некоторых кислот:
H 2 SiO 3 → SiO 2 + H 2 O(1000°)
H 2 CO 3 → CO 2 + H 2 O(кипячение)
г) Термическое разложение солей:
СаСО 3 → СаО + СО 2 (900° C)
FeCO 3 → FeO + CO 2 (490°)
Классификация оксидов
По химическим свойствам оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие.
Несолеобразующие (безразличные) оксиды не образуют ни кислот, ни оснований (не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями, ни с водой). К ним относятся: оксид углерода (II) - CO, оксид азота (I) - N 2 O, оксид азота (II) - NO и некоторые другие.
Солеобразующие оксиды подразделяются на оснóвные, кислотные и амфотерные.
Оснóвными называют те оксиды, которым соответствуют гидроксиды, называемые основаниями. Это оксиды большинства металлов в низшей степени окисления (Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, Ag 2 O, Cu 2 O, CdO, FeO, NiO, V 2 O 3 и др.).
Присоединяя (прямо или косвенно) воду, основные оксиды образуют основные гидроксиды (основания). Например, оксиду меди (II) - СuO соответствует гидроксид меди (II) - Cu(OH) 2 , оксиду BaO - гидроксид бария - Ba(OH) 2 .
Важно помнить, что СО элемента в оксиде и соответствующем ему гидроксиде одинакова!
Оснoвные оксиды взаимодействуют с кислотами или кислотными оксидами, образуя соли.
Кислотными называют те оксиды, которым соответствуют кислотные гидроксиды, называемые кислотами . Кислотные оксиды образуют неметаллы и некоторые металлы в высших степенях окисления (N 2 O 5 , SO 3 , SiO 2 , CrO 3 , Mn 2 O 7 и др.).
Присоединяя воду (прямо или косвенно), кислотные оксиды образуют кислоты. Например, оксиду азота (III) - N 2 O 3 соответствует азотистая кислота HNO 2 , оксиду хрома (VI) - CrO 3 - хромовая кислота H 2 CrO 4 .
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями или основными оксидами, образуя соли.
Кислотные оксиды можно рассматривать как продукты “отнятия” воды от кислот и называть их ангидридами (т.е. безводными). Например, SO 3 - ангидрид серной кислоты H 2 SO 4 (или просто серный ангидрид), P 2 O 5 - ангидрид ортофосфорной кислоты H 3 PO 4 (или просто фосфорный ангидрид).
Важно помнить, что СО элемента в оксиде и соответствующей ему кислоте, а также в анионе этой кислоты одинакова!
Амфотерными называются те оксиды, которым могут соответствовать и кислоты, и основания. К ним относятся BeO, ZnO, Al 2 O 3 , SnO, SnO 2 , Cr 2 O 3 и оксиды некоторых других металлов, находящихся в промежуточных степенях окисления. Кислотные и оснóвные свойства у этих оксидов выражены в различной степени. Например, у оксидов алюминия и цинка кислотные и основные свойства выражены примерно одинаково, у Fe 2 O 3 преобладают основные свойства, у PbO 2 преобладают кислотные свойства.
Амфотерные оксиды образуют соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями.
Химические свойства оксидов
Химические свойства оксидов (и соответствующих им гидроксидов) подчиняются принципу кислотно-основного взаимодействия, согласно которому соединения, проявляющие кислотные свойства, реагируют с соединениями, обладающими основными свойствами.
Основные оксиды взаимодействуют:
а) с кислотами:
CuO + H 2 SO 4 → H 2 O + CuSO 4 ;
BaO + H 3 PO 4 → H 2 O + Ba 3 (PO 4) 2 ;
б) с кислотными оксидами:
CuO + SO 2 → CuSO 3 ;
BaO + N 2 O 5 → Ba(NO 3) 2 ;
в) оксиды щелочных и щелочноземельных металлов могут растворяться в воде:
Na 2 O + H 2 O → NaOH;
BaO + H 2 O → Ba(OH) 2 .
Кислотные оксиды взаимодействуют:
а) с основаниями:
N 2 O 3 + NaOH → H 2 O + NaNO 2 ;
CO 2 + Fe(OH) 2 → H 2 O + FeCO 3 ;
б) с основными оксидами:
SO 2 + CaO → CaSO 3 ;
SiO 2 + Na 2 O → Na 2 SiO 3 ;
в) могут (но не все) растворяться в воде:
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 ;
P 2 O 3 + H 2 O → H 3 PO 3 .
Амфотерные оксиды могут взаимодействовать:
а) c кислотами:
ZnO + H 2 SO 4 → H 2 O + ZnSO 4 ;
Al 2 O 3 + H 2 SO 4 → H 2 O + Al 2 (SO 4) 3 ;
б) с кислотными оксидами:
ZnO + SO 3 → ZnSO 4 ;
Al 2 O 3 + SO 3 → Al 2 (SO 4) 3 ;
в) с основаниями:
ZnO + NaOH + H 2 O → Na 2 ;
Al 2 O 3 + NaOH + H 2 O → Na 3 ;
г) c основными оксидами:
ZnO + Na 2 O → Na 2 ZnO 2 ;
Al 2 O 3 + Na 2 O → NaAlO 2 .
В первых двух случаях амфотерные оксиды проявляют свойства оснóвных оксидов, в двух последних случаях - свойства кислотных оксидов.
Гидроксиды
Гидроксиды представляют собой гидраты оксидов с общей формулой m Э 2 О х ·n H 2 O (n и m - небольшие целые числа, х - валентность элемента). Гидроксиды отличаются от оксидов по составу только наличием воды в их молекуле. По своим химическим свойствам гидроксиды делятся на основные (основания), кислотные (кислоты) и амфотерные .
Основания (основные гидроксиды)
Основанием называется соединение элемента с одной, двумя, тремя и реже четырьмя гидроксильными группами с общей формулой Э(ОН) х . В качестве элемента всегда выступают металлы главных или побочных подгрупп.
Растворимые основания - это электролиты, которые в водном растворе диссоциируют (распадаются на ионы) с образованием анионов гидроксильной группы ОН ‾ и катиона металла. Например:
KOH = K + + OH ‾ ;
Ba(OH) 2 = Ba 2+ + 2OH ‾
За счёт наличия в водном растворе гидроксильных ионов ОН ‾ основания проявляют щелочную реакцию среды.
Составление формулы основания
Чтобы составить формулу основания, необходимо написать символ металла и, зная его степень окисления, приписать рядом соответствующее число гидроксильных групп. Например: иону Mg +II соответствует основание Mg(OH) 2 , иону Fe +III соответствует основание Fe(OH) 3 и т.д. Для первых трех групп главных подгрупп Периодической системы степень окисления металлов равна номеру группы, поэтому формула основания будет ЭОН (для металлов I A подгруппы), Э(OH) 2 (для металлов II A подгруппы), Э(ОН) 3 (для металлов III A подгруппы). Для других групп (в основном побочных подгрупп) необходимо знать степень окисления элемента, т.к. она может не совпадать с номером группы.
Номенклатура оснований
Названия оснований образуются из слова “гидроксид” и названия элемента в родительном падеже, после которого римскими цифрами в скобках указывается степень окисления элемента, если это необходимо. Например: KOH - гидроксид калия, Fe(OH) 2 - гидроксид железа (II), Fe(OH) 3 - гидроксид железа (III) и т.д.
Существуют технические названия некоторых оснований: NaOH - едкий натр, КОН - едкое кали, Са(ОН) 2 - гашеная известь.
Методы получения оснований
а) Растворение в воде оснoвных оксидов (в воде растворимы только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов):
Na 2 O + H 2 O → NaOH;
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 ;
б) Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой:
Na + H 2 O → H 2 + NaOH;
Ca + H 2 O → H 2 + Ca(OH) 2 ;
в) Вытеснение сильным основанием слабого из соли:
NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 ;
Ba(OH) 2 + FeCl 3 → Fe(OH) 3 ↓ + BaCl 2 .
Классификация оснований
а) По количеству гидроксильных групп основания делятся на одно- и многокислотные: ЭОН, Э(ОН) 2 , Э(ОН) 3 , Э(ОН) 4 . Индекс х в формуле основания Э(ОН) х носит название “кислотность” основания.
б) Основания могут быть растворимыми и нерастворимыми в воде. Большинство оснований нерастворимы в воде. Хорошо растворимые в воде основания образуют элементы I A подгруппы - Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (щелочные металлы). Они называются щелочами . Кроме того, растворимым основанием является гидрат аммиака NH 3 ·H 2 O, или гидроксид аммония NH 4 OH, но он не относится к щелочам. Меньшей растворимостью обладают гидроксиды Ca, Sr, Ba (щелочноземельных металлов), причем растворимость их увеличивается по группе сверху вниз: Ba(OH) 2 - наиболее растворимое основание.
в) По способности диссоциировать в растворе на ионы основания делятся на сильные и слабые . Сильными основаниями являются гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов - они диссоциируют на ионы полностью. Остальные основания являются основаниями средней силы или слабыми. Гидрат аммиака также является слабым основанием.
Химические свойства оснований
Основания взаимодействуют с соединениями, проявляющими кислотные свойства:
а) Взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды. Эта реакция называется реакцией нейтрализации:
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 O;
б) Взаимодействуют с кислотными или амфотерными оксидами (эти реакции также можно отнести к реакциям нейтрализации или кислотно-основного взаимодействия):
Cu(OH) 2 + SO 2 → H 2 O + CuSO 4 ;
NaOH + ZnO → Na 2 ZnO 2 + H 2 O;
в) Взаимодействуют с кислыми солями (кислые соли содержат атом водорода в анионе кислоты);
Ca(OH) 2 + Ca(HCO 3) 2 → CaCO 3 + H 2 O;
NaOH + Ca(HSO 4) 2 → CaSO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O;
г) Сильные основания могут вытеснять слабые из солей:
NaOH + MnCl 2 → Mn(OH) 2 ↓ + NaCl;
Ba(OH) 2 + Mg(NO 3) 2 → Mg(OH) 2 ↓ + Ba(NO 3) 2 ;
д) нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются на оксид и воду.
Гидроксидами называются сложные вещества, содержащие группировку OH - , которая связана через атом кислорода одинарной химической связью с различными химическими элементами. Подобно оксидам, в зависимости от характера химической связи Э-ОН, гидроксиды подразделяются на основные(основания) (NaOH, Tl(OH), Cu(OH), Mg(OH) 2 , Ba(OH) 2 , Cr(OH) 2) с преимущественно ионной связью, амфотерные (I(OH), Be(OH) 2 , B(OH) 3), Zn(OH) 2 , Fe(OH) 3 , Al(OH) 3) с ионно-ковалентным типом связи и кислотные (кислородсодержащие или оксокислоты) (NO 2 (OH)ÛHNO 3 , PO(OH) 3 ÛH 3 PO 4 , SO 2 (OH) 2 ÛH 2 SO 4 , Te(OH) 6 ÛH 6 TeO 6), ClO 3 (OH)ÛHClO 4 , MnO 2 (OH) 2 ÛH 2 MnO 4 , MnO 3 (OH)ÛHMnO 4) с преимущественно ковалентной связью.
В соответствии с преимущественно ионным характером химической связи Э-ОН основные гидроксиды (основания) при растворении в воде диссоциируют с образованием гидроксид-ионов и катионов, причем, в зависимости от эффективности (степени) диссоциации различают сильные основания (NaOH, Ba(OH) 2), диссоциирующие практически нацело, основания средней силы (Tl(OH), Mg(OH) 2 , Cr(OH) 2) и слабые основания (Сu(OH), Fe(OH) 2), диссоциация которых протекает частично:
NaOH ® Na + + OH - , Fe(OH) 2 Û Fe 2+ + 2OH -
Кислотные гидроксиды (оксокислоты) в водных растворах диссоциируют с образованием ионов гидроксония H 3 O + , которые сокращенно часто изображают в виде катиона водорода H + . Подобно основаниям, кислотные гидроксиды по степени их диссоциации подразделяют на сильные (HNO 3 , HClO 4), средней силы (HAsO 3 , HClO 2) и слабые (HClO, H 5 IO 6) кислоты:
HNO 3 + H 2 O ® H 3 O + + NO 3 - (HNO 3 ® H + + NO 3 -)
HClO + H 2 O H 3 O + + ClO - (HClO ® H + + ClO -)
Kислоты располагаются в порядке убывания их силы (активности) в так называемом ряду активности кислот:
Сильные Средней силы
HI>HBr>HClO 4 >HCl>H 2 SO 4 >HMnO 4 >HNO 3 │>H 2 Cr 2 O 7 >H 2 CrO 4 >H 2 SO 3 >H 3 PO 4 >HF│
Слабые
> HNO 2 > HCOOH > CH 3 COOH > H 2 CO 3 > H 2 S > HClO > HCN > H 3 BO 3 > H 2 SiO 3
Амфотерные гидроксиды в основном плохо растворимы в воде и проявляют как слабые основные, так и кислотные свойства:
OH - + I + Û I(OH), HIO Û IO - + H +
2OH - + Zn 2+ Û Zn(OH) 2 + 2H 2 O Û 2- + 2H +
Образование в процессе диссоциации гидроксидов катионов гидроксония, или гидроксид-ионов определяет важнейшее химическое свойство гидроксидов – реакцию нейтрализации, приводящую к образованию воды и соли при взаимодействии оснований и кислот:
NaOH (Na + OH -) + HNO 3 (H + + NO 3 -) = NaNO 3 (Na + + NO 3 -) + H 2 O
OH - + H + = H 2 O
Обладая кислотно-основной двойственностью, амфотерные гидроксиды в реакциях нейтрализации могут выступать как в качестве основания, так и кислоты:
I(OH) + HClO 4 = IClO 4 + H 2 O
HIO + NaOH = NaIO + H 2 O
Подобно амфотерным оксидам металлов, взаимодействие с основаниями их гидроксидов в водных растворах приводит к образованию солей, содержащих не оксо-, а гидроксокомплексные анионы:
Al(OH) 3 ¯ + 3NaOH = Na 3
Образование же оксосолей происходит при взаимодействии амфотерных гидроксидов со щелочными расплавами:
Al(OH) 3 ¯ + NaOH (расплав) = NaAlO 2 + 2Н 2 О
В зависимости от числа OH - группировок , содержащихся в гидроксиде, кислотные гидроксиды подразделяют на одно- (HNO 3), двух- (H 2 SO 4), трех- (H 3 PO 4) и т.д. основные кислоты, а основные гидроксиды – на одно- (NaOH), двух- (Ca(OH) 2), трех- (Al(OH) 3) кислотные основания.
По растворимости основания делятся на растворимые и нерастворимые. Основания щелочных (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных (Ca, Sr, Ba) металлов являются растворимыми в воде и называются щелочами .
Систематические названия основных и амфотерных гидроксидов образуются из слова гидроксид и русского названия элемента в родительном падеже с указанием (для элементов с переменной степенью окисления) римскими цифрами в круглых скобках степени окисления элемента:
NaOH – гидроксид натрия, Ca(OH) 2 -гидроксид кальция,
TlOH - гидроксид таллия (I), Fe(OH) 3 –гидроксид железа (III).
Тривиальные названия некоторых гидроксидов, в основном используемые в технической литературе, приведены в приложении 2.
Следует отметить специфику названия водного раствора аммиака, частичная диссоциация которого приводит к образованию в растворе гидроксид-ионов и проявлению слабых основных свойств. Ранее полагали, что в водном растворе аммиак образует гидроксид аммония состава NH 4 OH. Однако в настоящее время установлено, что основной формой существования аммиака в водном растворе является его гидратированные молекулы, которые условно записывают в виде NH 3 ×H 2 O и называют гидрат аммиака. Подобно аммиаку, водные растворы гидразина N 2 H 4 и гидроксиламина NH 2 OH также в основном содержат гидратированные молекулы, которые называют: N 2 H 4 ×H 2 O – гидрат гидразина и NH 2 OH×H 2 O – гидрат гидроксиламина.
Упражнения:
10. Приведите систематические названия гидроксидов, классифицируйте их по кислотности и растворимости: LiOH, Sr(OH) 2 , Cu(OH) 2 , Cd(OH) 2 , Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 . Приведите формулы соответствующих им оксидов.
11. Приведите молекулярные и графические формулы гидроксидов: гидроксид железа (III), гидроксид берилия, гидроксид лития, гидроксид хрома (III), гидроксид магния. Какие из данных гидроксидов будут взаимодействовать а) с гидроксидом калия, б) с оксидом бария, в) с соляной кислотой? Написать уравнения реакций.
12. Приведите реакции, демонстрирующие кислотно-основные свойства гидроксидов бария, цинка, калия и хрома (III), а также методы их получения.
Систематические названия кислотных гидроксидов (оксокислот) строятся по правилам номенклатуры для комплексных соединений, которые будут рассмотрены ниже. В тоже время, в отечественной практике широко используются традиционные названия распространенных оксокислот – угольная, серная, фосфорная и т.д. Их применение допустимо, но только для ограниченного круга действительно наиболее распространенных кислот, а в остальных случаях следует применять систематические названия.
Традиционное название оксокислоты состоит из двух слов: названия кислоты, выраженного прилагательным и группового слова кислота.Название кислоты образуется из русского названия кислотообразующего элемента (если в названии элемента есть окончание «й», «о», «а», то оно опускается) с добавлением, в зависимости от степени окисления элемента, различных окончаний (табл. 1.3, 1.4). По традиции H 2 CO 3 называют угольной, а не углеродной кислотой.
В соответствии с менделеевским правилом «четности» для кислотообразующих p-элементов IV-VI группы наиболее характерны степени окисления соответствующие номеру группы N, а также N-2 и N-4.
Как видно из табл. 1.2, для высшей степени окисления элемента N название кислоты образуется добавлением к названию большинства элементов окончаний: -ная, -евая и–овая . Для мышьяка и сурьмы по правилам русского языка используются окончания -янная и–яная . Название кислот со степенью окисления элемента N-2 образуется в основном образуется с помощью окончания –истая (для серы, мышьяка и сурьмы: –нистая , -овистая и – янистая ). Кислоты, образованные элементами с наиболее низкими степенями окисления N-4, имеют окончания –новатистая . Для фосфористой H 2 PHO 3 и фосфорноватистой HPH 2 O 2 кислот, характеризующихся специфическими строением в связи с наличием Р-Н связей, рекомендуется использовать специальные названия – фосфоновая и фосфиновая.
В некоторых случаях происходит образование двух форм кислот , в которых кислотообразующий элемент находится в одинаковой степени окисления. К названию кислоты с бóльшим количеством гидроксо-групп прибавляется приставка орто-, а к названию кислоты с мéньшим числом гидроксо-групп прибавляется приставка мета- .
Таблица 3. Традиционные названия оксокислот р-элементов III-VI группы.
| N | Э z+ | Окончание | Название кислоты | |
| III | B 3+ | -ная | H 3 BO 3 орто борная , HBO 2 мета борная ,H 2 B 4 O 7 тетра борная | |
| Al 3+ | -евая | H 3 AlO 3 орто алюминиевая , HАlO 2 метаалюминевая | ||
| IV | C 4+ | -ная | H 2 CO 3 угольная | |
| Si 4+ | -евая | H 4 SiO 4 орто кремниевая , H 2 SiO 3 мета кремниевая | ||
| Ge 4+ | -евая | H 4 GeO 4 орто германиевая , H 2 GeO 3 мета германиевая | ||
| Sn 4+ | -янная | H 4 SnO 4 орто оловянная , H 2 SnO 3 мета оловянная | ||
| V | N 5+ | -ная | HNO 3 азотная | |
| P 5+ | -ная | H 3 PO 4 орто фосфорная , HPO 3 мета фосфорная, H 4 P 2 O 7 ди фосфорная, H 5 P 3 O 10 три фосфорная | ||
| As 5+ | -овая | H 3 AsO 4 орто мышьяковая , HasO 3 мета мышьяковая | ||
| Sb 5+ | -яная | H 3 SbO 4 орто сурьмяная, HSbO 3 мета сурьмяная | ||
| VI | S 6+ | -ная | H 2 SO 4 серная , H 2 S 2 O 7 ди серная | |
| Se 6+ | -овая | H 2 SeO 4 селеновая | ||
| Te 6+ | -овая | H 6 TeO 6 орто теллуровая , H 2 TeO 4 мета теллур овая | ||
| V | N 3+ | -истая | HNO 2 азотистая | |
| P 3+ | -истая | H 2 PHO 3 фосфористая (фосфоновая) | ||
| As 3+ | -овистая | H 3 AsO 3 орто мышьяковистая , HasO 2 мета мышьяковистая | ||
| Sb 3+ | -янистая | H 3 SbO 3 орто сурьмянистая, HSbO 2 мета сурьмянистая | ||
| VI | S 4+ | -нистая | H 2 SO 3 сернистая | |
| Se 4+ | -истая | H 2 SeO 3 селенистая | ||
| Te 4+ | -истая | H 2 TeO 3 теллуристая | ||
| V | N + | -новатистая | H 2 N 2 O 2 азотноватистая | |
| P + | -новатистая | HPH 2 O 2 фосфорноватистая (фосфиновая) | ||
Традиционные названия оксокислот галогенов (табл. 4) в высшей степени окисления N , также образуются добавлением к названию элемента окончания –ная . Однако, для оксокислот галогенов в степени окисления N-2 используются окончания –новатая , а окончание –истая применяется для названия кислот со степенью окисления галогенов N-4 . Оксокислоты галогенов с наиболее низкими степенями окисления N-6 имеют окончания –новатистая .
Несмотря на то, что характерные степени окисления переходных d-элементов не подчиняются менделеевскому правилу «четности», высшая степень окисления d-металлов, образующих побочные подгруппы III-VII группы, также определяются номером группы N и традиционные названия их оксокислот образуются подобно р-элементам c помощью окончаний – овая, -евая : H 4 TiO 4 титановая , H 3 VO 4 ванадиевая, H 2 CrO 4 хромовая, H 2 Cr 2 O 7 ди хромовая , HMnO 4 марганцевая . Для оксокислот d-элементов в более низких степенях окисления металла рекомендуется использовать систематические названия, образованные по правилам для комплексных соединений.
Таблица 4. Традиционные названия оксокислот р-элементов VII группы.
| N | Э z+ | Окончание | Название кислоты |
| Высшая степень окисления элемента N | |||
| VII | Cl 7+ | -ная | HClO 4 хлорная |
| Br 7+ | HBrO 4 бромная | ||
| I 7+ | H 5 IO 6 орто иодная , HIO 4 мета иодная | ||
| Степень окисления элемента N-2 | |||
| VII | Cl 5+ | -новатая | HClO 3 хлорноватая |
| Br 5+ | HBrO 3 бромноватая | ||
| I 5+ | HIO 3 иодноватая | ||
| Степень окисления элемента N-4 | |||
| VII | Cl 3+ | -истая | HClO 2 хлористая |
| Br 3+ | HBrO 2 бромистая | ||
| I 3+ | HIO 2 иодистая | ||
| Степень окисления элемента N-6 | |||
| VII | Cl + | -оватистая | HClO хлорноватистая |
| Br + | HBrO бромноватистая | ||
| I + | HIO иодноватистая |
Упражнения:
13. Приведите традиционные названия и графические формулы следующих оксокислот: H 2 SO 4 , H 2 S 2 O 7 , HNO 3 , HNO 2 , H 3 PO 4 , HPO 3 , H 4 P 2 O 7 , H 2 PHO 3 , HPH 2 O 2 , HClO, HClO 2 , HClO 3 , HClO 4 , H 5 IO 6 , HMnO 4 , H 2 Cr 2 O 7 .
14. Приведите молекулярные и графические формулы следующих оксокислот: бромноватистая, иодная, селенистая, ортотеллуровая, метамышьяковая, дикремниевая, метаоловянная, фосфористая (фосфоновая), фосфорноватистая (фосфиновая), пентафосфорная, метаванадиевая.
15. Приведите реакции, демонстрирующие общие методы получения оксокислот. Приведите примеры оксидов элементов в промежуточных степенях окисления, которые при взаимодействии с водой образуют две кислоты.
16. Напишите реакции дегидратации следующих кислот: H 3 BO 3 , HMnO 4 , H 2 S 2 O 7 , HNO 2 , H 3 PO 4 , H 2 WO 4 , H 3 AsO 3 , H 2 CrO 4 . Приведите названия кислот и получающихся кислотных оксидов (ангидридов кислот).
17. Какие из перечисленных веществ будут взаимодействовать с соляной кислотой: Zn, CO, Mg(OH) 2 , CaCO 3 , Cu, N 2 O 5 , Al(OH) 3 , Na 2 SiO 3 , BaO? Напишите уравнения реакций.
18. Напишите реакции, демонстрирующие кислотный характер следующих оксидов, назовите соответствующие им кислоты: P 4 O 10 , SeO 3 , N 2 O 3 , NO 2 , SO 2 , As 2 O 5 .
19. Приведите реакции взаимного перехода между фосфорными кислотами: H 3 PO 4 ®HPO 3 , H 3 PO 4 ®H 4 P 2 O 7 , HPO 3 ®H 3 PO 4 , HPO 3 ®H 4 P 2 O 7 , H 4 P 2 O 7 ®HPO 3 , H 4 P 2 O 7 ®H 3 PO 4 .
Пероксокислоты.
Кислотные гидроксиды, содержащие пероксидную группу –О-О- получили групповое название пероксокислоты . Пероксидная группа в составе пероксокислот может замещать как атом кислорода в гидроксидной группировке, так и мостиковый кислородный атом, объединяющий атомы элемента кислотообразователя в полиядерных кислотных гидроксидах:
При записи формул пероксокислот рекомендуется пероксидную группу заключать в круглые скобки и записывать в правой части формулы. Традиционные названия пероксокислот образуются из названия соответствущей оксокислоты с добавлением приставки пероксо- . При наличии в составе пероксокислоты нескольких пероксидных группировок их количество указывается численной приставкой: ди-, три-, тетра- и т.д. Например: HNO 2 (O 2) пероксоазотная кислота, H 3 PO 2 (O 2) 2 дипероксофосфорная кислота.
Упражнение:
9. Приведите традиционные названия и графические формулы следующих пероксокислот: H 3 PO 2 (O 2), H 4 P 2 O 6 (O 2), H 3 BO 2 (O 2).
9.4. Тиокислоты, политионовые и другие замещенные оксокислоты*- раздел для углубленного изучения.
Оксокислоты, в которых часть или все атомы кислорода замещены на атомы серы, называют тиокислотами . При записи формул тиокислот рекомендуется серу помещать на последнее место справа - H 3 PO 3 S, H 3 PO 2 S 2 , H 3 POS 4 , H 3 PS 4:
Традиционные названия тиокислот образуются из названия соответствующей оксокислоты с добавлением приставки тио- ;при замещении двух и более атомов кислорода на атомы серы их количество указывается численными приставками: ди-, три-, тетра- и т.д.
Оксокислоты общей формулы H 2 (O 3 S-S n -SO 3) (n = 0¸4) называют политионовыми . Характерной особенностью их строения (за исключение H 2 S 2 O 6) является наличие мостиковых атомов серы, объединяющих две структурные {SO 3 }-группировки:
В дитионовой кислоте две структурные группировки объединениы непосредственно атомами серы-кислотообразователями H 2 (O 3 S-SO 3). Традиционные названия политионовых кислот состояи из чмсловой приставки, указывающей общее количество атомов серы в составе и группового окончания –тионовая кислота.
Кислотные гидроксиды, в которых часть гидроксидных группировок или атомов кислорода замещена на другие атомы галогенов или -NH 2 , =NH группировки, называют замещенными кислотами . Традиционные названия таких кислот образуются от названия соответствующей оксокислоты с добавлением приставки, составленной из названия замещающих атомов галогенов или групп (NH 2 – амид , NH – имид ) и соединительной гласной –о . В формулах таких кислот замещающие атомы или группы помещают на последнее место.
По традиции, замещенные серные кислоты называют сульфоновыми кислотами:
HSO 3 F - фторсульфоновая, HSO 3 Cl - хлорсульфоновая,
HSO 3 (NH 2) – амидосульфоновая, H 2 S 2 O 4 (NH) - имидодисульфоновая кислота.
Упражнения:
10. Приведите традиционные названия замещенных оксокислот: HSeO 3 F, HAsO 2 Cl 2 , H 2 CS 3 , H 3 POS 3 , H 2 AsO 3 (NH 2).
11. Приведите молекулярные и графические формулы кислот: тиосерная, тритионовая, дитиосурьмяная, амидосульфоновая, диброммышьяковая, амидоугольная.
Бескислородные кислоты.
Водные растворы водородных соединений халькогенов (H 2 S, H 2 Se, H 2 Te) и галогенов (HF, HCl, HBr, HI), а также псевдогалогенов (HCN, HNCS, HCNO, HN 3), в которых роль электроотрицательных составляющих (анионов) играют группы атомов, обладающих галогенидоподобными свойствами, проявляют кислотные свойства и диссоциируют с образованием ионов гидроксония. Они образуют семейство бескислородных кислот .
Систематическое название бескислородных кислот образуется из русского названия элемента или специального названия псевдогалогенидной группировки с добавлением соединительной гласной –о и словосочетания водородная кислота :
HF - фтороводородная кислота, H 2 Te - теллуроводородная кислота,
HCN - циановодородная кислота, HNCS - тиоцианатоводородная кислота,
HN 3 - азидоводородная кислота (или азотистоводородная кислота).
Исторически для водных растворов ряда бескислородных кислот в химической практике применяют и тривиальные названия (см. приложение 2):
HF - плавиковая кислота, HCl - соляная кислота,
HCN - синильная кислота, H 2 S - сероводородная вода.
Упражнение:
12. Приведите систематические и тривиальные названия бескислород-ных кислот: HCl, HCN, HBr, HNCS, HI, H 2 S, HF, H 2 Se.
13. Приведите формулы следующих кислот: синильная, бромоводородная, плавиковая, азидоводородная, сероводородная, родановодородная, иодоводородная, циановодородная, тиоционатоводородная кислота.
Галогенангидриды.
Галогенангидридами называют сложные вещества, которые можно рассматривать как продукты полного замещения гидроксидных группировок в молекулах оксокислот атомами галогенов. Таким образом, галогенангидриды являются конечным членом ряда последовательных превращений оксокислоты при замещении гидроксидных групп на атомы галогенов: оксокислота ® галогензамещенная оксокислота ® галогенангидрид. Например, POCl 3 является конечным членом ряда последовательного замещения трех гидроксидных групп в ортофосфорной кислоте:
Некоторые галогенангидриды могут быть рассмотрены как производные неустойчивых оксокислот – например, CCl 4 и PCl 5 формально являются хлорангидридами полностью гидратированных кислотных гидроксидов углерода (IV) H 4 CO 4 и фосфора (V) H 5 PO 5 , в которых число гидроксидных групп совпадает со степенью окисления элемента-кислотообразователя. Галогенангидриды могут содержать либо атомы только одного галогена, либо атомы разных галогенов: POCl 3 , POBrCl 2 , POIBrCl.
В химической практике для галогенангидридов используют несколько методов построения их названий :
По правилам систематической номенклатуры для сложных соединений с использованием латинских числовых приставок указывающих количество электроотрицательных галогенидных и оксидных ионов галогенангидрида:
PCl 3 - трихлорид фосфора, PCl 5 - пентахлорид фосфора,
POCl 3 - трихлорид-оксид фосфора, POBrCl 2 - дихлорид-бромид-оксид фосфора;
По правилам систематической номенклатуры для бинарных соединений с указанием по методу Штока римскими цифрами в круглых скобках степени окисления элемента:
PCl 3 - хлорид фосфора (III), PCl 5 - хлорид фосфора (V);
- традиционные названия образуют с помощью числовых приставок, указывающих количество атомов галогенов, русского названия галогенов, окончания – ангидрид и названия килоты в родительном падеже: PCl 3 - трихлорангидрид фосфористой кислоты, POCl 3 - трихлорангидрид фосфорной кислоты, POBrCl 2 - дихлорбромангидрид фосфорной кислоты;
Для галогеннгидридов серной и сернистой кислоты допускается ограниченное использование специальных названий , в которых применяются специальные названия катионов: SO 2 2+ - сульфурил и SO 2+ - тионил :
SO 2 Cl 2 - сульфурилхлорид, SO 2 FCl - сульфурилхлоридфторид,
SOBr 2 - тионилбромид, SOF 2 - тионилфторид.
Характерным химическим свойством галогенангидридов является их эффективное взаимодействие с водой с образованием галогеноводородной и оксокислоты:
PCl 5 + 3H 2 O = H 3 PO 4 + 5HCl
POBrCl 2 + 3H 2 O = H 3 PO 4 + 2HCl + HBr
Упражнения:
14. Приведите систематические и традиционные названия галогенангидридов и напишите реакции их взаимодействия с водой: SbOCl, SeO 2 F 2 , NOBr, NO 2 F 2 , NF 3 , AsOCl 2 F, CO 2 Cl 2 , SOCl 2 , SO 2 Br 2 .
15. Приведите молекулярные и графические формулы галогенангидридов: хлорид-оксид бора, бромид кремния(IV), дифторид-оксид кремния, сульфурилфторид, дихлорангидрид селенистой кислоты, сульфурилбромид, тионилхлорид, хлоробромойодоангидрид ортофосфорной кислоты, дихлоробромоангидрид ортомышьяковой кислоты, тионилфторид.
Соли.
Соли являются одним из наиболее емких по числу химических соединений классов неорганических соединений. Они образуются в результате самых разнообразных химических процессов и, в частности, являются продуктами кислотно-основных реакций взаимодействия основных и кислотных бинарных Э n X m и полиэлементных химических соединений, характеризующихся соответственно преимущественно ионным и ковалентным характером химической связи Э-Х (табл. 1.5).
Таблица 1.5. Кислотно-основные реакции солеобразования.
| Соединения | Реакция солеобразования | |
| Основные | Кислотные | |
| NaF | PF 5 | NaF + PF 5 = Na |
| Na 2 O | P 2 O 5 | 3Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na 3 Na 2 O + P 2 O 5 = 2Na |
| Na 2 S | P 2 S 5 | 3Na 2 S + P 2 S 5 = 2Na 3 Na 2 S + P 2 S 5 = 2Na |
| Na 3 N | P 3 N 5 | Na 3 N + P 3 N 5 = Na 4 |
| NaH | AlH 3 | NaH + AlH 3 = Na |
| NaOH | Al(OH) 3 | NaOH + Al(OH) 3 = Na NaOH + Al(OH) 3 = Na + H 2 O |
| NaNO 3 | I(NO 3) | NaNO 3 + I(NO 3) = Na |
| NaOH | HNO 3 | NaOH + HNO 3 = Na + H 2 O |
| Al(OH) 3 | H 3 PO 4 | Al(OH) 3 + H 3 PO 4 = Al + 6H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 3 PO 4 = Al 2 3 + 6H 2 O Al(OH) 3 + 3H 3 PO 4 = Al 3 +3H 2 O 3Al(OH) 3 + 2H 3 PO 4 = (AlOH) 3 2 + 6H 2 O 3Al(OH) 3 + H 3 PO 4 = {Al(OH) 2 } 3 + 3H 2 O |
| NaOH + Ba(OH) 2 | H 3 PO 4 | NaOH + Ba(OH) 2 + H 3 PO 4 = (NaBa) + 3H 2 O |
| Al(OH) 3 | H 2 SO 4 + HNO 3 | Al(OH) 3 + H 2 SO 4 + HNO 3 = Al[(SO 4)NO 3 ] + H 2 O |
В составе солей можно выделить катионную и анионную составляющие, являющиеся производными исходных основных и кислотных соединений и имеющих преимущественно ионный характер химической связи. Вследствие этого в расплавах и растворах соли подвергаются процессу электролитической диссоциации, приводящей к образованию катионов и анионов.
В зависимости от состава соли классифицируются по природе катионов и анионов:
Соли со сложными катионами на основе двух разных ионов металла или иона аммония и металла ({(KAl) 2 , {(NH 4) 2 Fe} 2) называются двойными солями, а соли со сложными анионами (Ca[(ClO)Cl], Fe[(SO 4)NO 3 ]) – смешанными солями:
- cоли, в состав катионов которых входят гидроксидные группировки (Al(OH), {Al(OH)} 2 , Al(OH) 2 Cl) и способные проявлять основные свойства за счет образования OH - -ионов в результате процесса электролитической диссоциации катиона – например:
Al(OH)SO 4 ®Al(OH) 2+ + SO 4 2-
Al(OH) 2+ Û Al 3+ + OH -
называются основными . Такие соли могут быть рассмотрены как продукты частичного замещения гидроксидных групп в основных гидроксидах на группировки, являющиеся кислотными остатками соответствующих оксо- или бескислородных кислот:
 |
- соли, анионы которых содержат атомы водорода ((NH 4), NaHS) и способны проявлять кислотные свойства за счет образования ионов гидроксония при электролитической диссоциации аниона – например:
NaHS® Na + + HS - , HS - Û H + + S 2-
называются кислыми . Такие соли могут быть рассмотрены как продукты частичного замещения водорода в кислотах на катионы металла или аммония:
- соли, являющиеся продуктами полного замещения гидроксидных групп на кислотные остатки или атомов водорода на катионы металла (аммония), называются средними илинормальными .
Некоторые соли при кристаллизации из водных растворов образуют кристаллические решетки, содержащие молекулы воды – например: CuSO 4 ×5H 2 O, Na 2 SO 4 ×10H 2 O. Такие соли называются кристаллогидратами .
Как видно из табл. 1.5, кислые и основные соли образуются в результате реакций нейтрализации при различных соотношениях многосновных кислот и многокислотных оснований и легко переходят как друг в друга, так и в средние соли: Al(H 2 PO 4) 3 + Al(OH) 3 = Al 2 (HPO 4) 3 + 3H 2 O
Al 2 (HPO 4) 3 + Al(OH) 3 = 3AlPO 4 + 3H 2 O
2AlPO 4 + Al(OH) 3 = (AlOH) 3 (PO 4) 2
(AlOH) 3 (PO 4) 2 + 3Al(OH) 3 = 2{Al(OH) 2 } 3 PO 4
{Al(OH) 2 } 3 PO 4 + H 3 PO 4 = (AlOH) 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O
(AlOH) 3 (PO 4) 2 + H 3 PO 4 = 3AlPO 4 + 3H 2 O
2AlPO 4 + H 3 PO 4 = Al 2 (HPO 4) 3
Al 2 (HPO 4) 3 + H 3 PO 4 = 2Al(H 2 PO 4) 3
Систематические названия средних солей бескислородных солей образуют по общим правилам для бинарных соединений:
Na 2 S - сульфид натрия, FeCl 3 - хлорид железа (III) (трихлорид железа),
Cu(CN) 2 - цианид меди (II), AgCNS - тиоцианат серебра.
Систематические названия солей оксокислот и их производных образуются по правилам номенклатуры для комплексных соединений, которые будут рассмотрены далее. В то же время, как и для кислот, в химической практике для наиболее распространенных солей оксокислот широко используют традиционные названия.
Традиционные названия солей состоят из названий анионов и катионов. Название анионов средних солей распространенных оксокислот строится из корней русских или латинских (Табл. 1.) названий кислотообразующих элементов с соответствующими окончаниями и приставками в зависимости от их степени окисления (Табл. 6, 7) и через дефис групповым словом –ион . Для р-элементов III-VI группы в высшей степени окисления в названии анионов используют окончание –ат , в более низкой степени (N-2) – суффикс –ит и для N + и P + - пристаку гипо- и окончание –ит .
Для галогенов в степени окисления +7 в названии анионов используют приставку пер- и окончание –ат ; для степеней окисления: +5 – окончание -ат , +3 – окончание –ит и для наиболее низкой +1 – приставку гипо- и окончание –ит .
Различные приставки: мета-, орто-, ди-, три- и т.д., используемые в названии оксокислот для указания их формы, сохраняются и в названиях анионов.
Для оксоанионов образованных d-элементами в основном используются систематические названия и только для ограниченного круга анионов (Табл. I-5.) в химической практике применяют традиционные названия.
В целом, традиционное название средних солей оксокислот строится из названия аниона (групповое слово –ион опускается) и русского названия катиона в родительном падеже с указанием римскими цифрами в круглых скобках его степени окисления (если она может быть переменной):
Fe 2 (S 2 O 7) - дисульфат железа (III), Na 3 PO 4 - ортофосфат натрия,
Ba 5 (IO 6) - ортопериодат бария, NiSeO 3 - селенит никеля (II),
NaPH 2 O 2 - гипофосфит натрия, KMnO 4 - перманганат калия.
Таблица 6. Традиционные названия оксоанионов p-элементов III-VI групп.
