Высшие оксиды металлов. Что такое оксиды? Кристаллические структуры оксидов металлов

Если вы в школе не увлекались химией, вы вряд ли с ходу вспомните, что такое оксиды и какова их роль в окружающей среде. На самом деле это довольно распространенный тип соединения, который наиболее часто в окружающей среде встречается в форме воды, ржавчины, углекислого газа и песка. Также к оксидам относятся минералы - вид горных пород, имеющий кристаллическое строение.

Определение

Оксиды - это химические соединения, в формуле которых содержится как минимум один атом кислорода и атомы других химических элементов. Оксиды металлов, как правило, содержат анионы кислорода в степени окисления -2. Значительная часть Земной коры состоит из твердых оксидов, которые возникли в процессе окисления элементов кислородом из воздуха или воды. В процессе сожжения углеводорода образуется два основных оксида углерода: монооксид углерода (угарный газ, СО) и диоксид углерода (углекислый газ, CO 2).

Классификация оксидов

Все оксиды принято делить на две большие группы:

• солеобразующие оксиды;
• несолеобразующие оксиды.

Солеобразующие оксиды - химические вещества, в которых помимо кислорода содержатся элементы металлов и неметаллов, которые образуют кислоты при контакте с водой, а соединяясь с основаниями - соли.

Солеобразующие оксиды в свою очередь подразделяются на:

• основные оксиды, в которых при окислении второй элемент (1, 2 и иногда 3-валентный металл) становится катионом (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, CuO, Ag 2 O, MgO, CaО, SrO, BaO, HgO, MnО, CrO, NiО, Fr 2 O, Cs 2 O, Rb 2 O, FeO);
• кислотные оксиды, в которых при образовании соли второй элемент присоединяется к отрицательно заряженному атому кислорода (CO 2 , SO 2 , SO 3 , SiO 2 , P 2 O 5 , CrO 3 , Mn 2 O 7 , NO 2 , Cl 2 O 5 , Cl 2 O 3);
• амфотерные оксиды, в которых второй элемент (3 и 4-валентные металлы или такие исключения, как оксид цинка, оксид бериллия, оксид олова и оксид свинца) может стать как катионом, так и присоединиться к аниону (ZnO, Cr 2 O 3 , Al 2 O 3 , SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , TiO 2 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , BeO).

Несолеобразующие оксиды не проявляют ни кислотных, ни основных, ни амфотерных свойств и, как следует из названия, не образуют солей (CO, NO, NO 2 , (FeFe 2)O 4).

Свойства оксидов

1. Атомы кислорода в оксидах обладают высокой химической активностью. Благодаря тому, что атом кислорода всегда заряжен отрицательно, он образует устойчивые химические связи практически со всеми элементами, что обуславливает широкое многообразие оксидов.
2. Благородные металлы, такие как золото и платина, ценятся из-за того, что они не окисляются естественным путем. Коррозия металлов образуется в результате гидролиза или окисления кислородом. Сочетание воды и кислорода лишь ускоряет скорость реакции.
3. В присутствии воды и кислорода (или просто воздуха) реакция окисления некоторых элементов, к примеру, натрия, происходит стремительно и может быть опасна для человека.
4. Оксиды создают защитную оксидную пленку на поверхности. В качестве примера можно привести алюминиевую фольгу, которая благодаря покрытию из тонкой пленки оксида алюминия, подвергается коррозии значительно медленнее.
5. Оксиды большинства металлов имеют полимерную структуру, благодаря чему не разрушаются под действием растворителей.
6. Оксиды растворяются под действием кислот и оснований. Оксиды, которые могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями, называются амфотерными. Металлы, как правило, образуют основные оксиды, неметаллы - кислотные оксиды, а амфотерные оксиды получаются из щелочных металлов (металлоиды).
7. Количество оксида металла может сократиться под действием некоторых органических соединений. Такие окислительно-восстановительные реакции лежат в основе многих важных химических трансформаций, таких как детоксикация препаратов под воздействием P450 энзимов и производство этиленоксида, из которого потом производят антифриз.

Тем, кто увлекается химией, будут интересны также следующие статьи.

Сегодня мы начинаем знакомство с важнейшими классами неорганических соединений. Неорганические вещества по составу делятся, как вы уже знаете, на простые и сложные.

ОКСИД	КИСЛОТА	ОСНОВАНИЕ	СОЛЬ
Э х О у	Н n A А – кислотный остаток	Ме(ОН) b ОН – гидроксильная группа	Me n A b

Сложные неорганические вещества подразделяют на четыре класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Мы начинаем с класса оксидов.

ОКСИДЫ

Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, с валентность равной 2. Лишь один химический элемент - фтор, соединяясь с кислородом, образует не оксид, а фторид кислорода OF 2 .
Называются они просто - "оксид + название элемента" (см. таблицу). Если валентность химического элемента переменная, то указывается римской цифрой, заключённой в круглые скобки, после названия химического элемента.

Формула	Название	Формула	Название
	оксид углерода (II)	Fe 2 O 3	оксид железа (III)
	оксид азота (II)	CrO 3	оксид хрома (VI)
Al 2 O 3	оксид алюминия		оксид цинка
N 2 O 5	оксид азота (V)	Mn 2 O 7	оксид марганца (VII)

Классификация оксидов

Все оксиды можно разделить на две группы: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные) и несолеобразующие или безразличные.

Оксиды металлов Ме х О у			Оксиды неметаллов неМе х О у
Основные	Кислотные	Амфотерные	Кислотные	Безразличные
I, II Ме	V-VII Me	ZnO,BeO,Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3	> II неМе	I, II неМе CO, NO, N 2 O

1). Основные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания. К основным оксидам относятся оксиды металлов 1 и 2 групп, а также металлов побочных подгрупп с валентностью I и II (кроме ZnO - оксид цинка и BeO – оксид берилия):

2). Кислотные оксиды – это оксиды, которым соответствуют кислоты. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов (кроме несолеобразующих – безразличных), а также оксиды металлов побочных подгрупп с валентностью от V до VII (Например, CrO 3 -оксид хрома (VI), Mn 2 O 7 - оксид марганца (VII)):

3). Амфотерные оксиды – это оксиды, которым соответствуют основания и кислоты. К ним относятся оксиды металлов главных и побочных подгрупп с валентностью III , иногда IV , а также цинк и бериллий (Например, BeO , ZnO , Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 ).

4). Несолеобразующие оксиды – это оксиды безразличные к кислотам и основаниям. К ним относятся оксиды неметаллов с валентностью I и II (Например, N 2 O , NO , CO ).

Вывод:характер свойств оксидов в первую очередь зависит от валентности элемента.

Например, оксиды хрома:

CrO ( II - основный);

Cr 2 O 3 ( III - амфотерный);

CrO 3 ( VII - кислотный).

Классификация оксидов

(по растворимости в воде)

Кислотные оксиды	Основные оксиды	Амфотерные оксиды
Растворимы в воде. Исключение – SiO 2 (не растворим в воде)	В воде растворяются только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (это металлы I «А» и II «А» групп, исключение Be , Mg )	С водой не взаимодействуют. В воде не растворимы

Выполните задания:

1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.

NaOH, AlCl 3 , K 2 O, H 2 SO 4 , SO 3 , P 2 O 5 , HNO 3 , CaO, CO.

2. Даны вещества : CaO, NaOH, CO 2 , H 2 SO 3 , CaCl 2 , FeCl 3 , Zn(OH) 2 , N 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ca(OH) 2 , CO 2 , N 2 O, FeO , SO 3 , Na 2 SO 4 , ZnO, CaCO 3 , Mn 2 O 7 , CuO, KOH, CO, Fe(OH) 3

Выпишите оксиды и классифицируйте их.

Получение оксидов

Тренажёр "Взаимодействие кислорода с простыми веществами"

1. Горение веществ (Окисление кислородом)	а) простых веществ Тренажёр	2Mg +O 2 =2MgO
	б) сложных веществ	2H 2 S+3O 2 =2H 2 O+2SO 2
2.Разложение сложных веществ (используйте таблицу кислот, см. приложения)	а) солей СОЛЬ t = ОСНОВНЫЙ ОКСИД+КИСЛОТНЫЙ ОКСИД	СaCO 3 =CaO+CO 2
	б) Нерастворимых оснований Ме(ОН) b t = Me x O y + H 2 O	Cu (OH) 2 t =CuO+H 2 O
	в) кислородсодержащих кислот Н n A = КИСЛОТНЫЙ ОКСИД + H 2 O	H 2 SO 3 =H 2 O+SO 2

Физические свойства оксидов

При комнатной температуре большинство оксидов - твердые вещества (СаО, Fe 2 O 3 и др.), некоторые - жидкости (Н 2 О, Сl 2 О 7 и др.) и газы (NO, SO 2 и др.).

Химические свойства оксидов

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ ОКСИДОВ 1. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения) CaO + SO 2 = CaSO 3 2. Основной оксид + Кислота = Соль + Н 2 О (р. обмена) 3 K 2 O + 2 H 3 PO 4 = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Основной оксид + Вода = Щёлочь (р. соединения) Na 2 O + H 2 O = 2 NaOH

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТНЫХ ОКСИДОВ 1. Кислотный оксид + Вода = Кислота (р. соединения) С O 2 + H 2 O = H 2 CO 3 , SiO 2 – не реагирует 2. Кислотный оксид + Основание = Соль + Н 2 О (р. обмена) P 2 O 5 + 6 KOH = 2 K 3 PO 4 + 3 H 2 O 3. Основной оксид + Кислотный оксид = Соль (р. соединения) CaO + SO 2 = CaSO 3 4. Менее летучие вытесняют более летучие из их солей CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМФОТЕРНЫХ ОКСИДОВ Взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами. ZnO + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2 O ZnO + 2 NaOH + H 2 O = Na 2 [ Zn (OH ) 4 ] (в растворе) ZnO + 2 NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2 O (при сплавлении)

Применение оксидов

Некоторые оксиды не растворяются в воде, но многие вступают с водой в реакции соединения:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

CaO + H 2 O = Ca ( OH ) 2

В результате часто получаются очень нужные и полезные соединения. Например, H 2 SO 4 – серная кислота, Са(ОН) 2 – гашеная известь и т.д.

Если оксиды нерастворимы в воде, то люди умело используют и это их свойство. Например, оксид цинка ZnO – вещество белого цвета, поэтому используется для приготовления белой масляной краски (цинковые белила). Поскольку ZnO практически не растворим в воде, то цинковыми белилами можно красить любые поверхности, в том числе и те, которые подвергаются воздействию атмосферных осадков. Нерастворимость и неядовитость позволяют использовать этот оксид при изготовлении косметических кремов, пудры. Фармацевты делают из него вяжущий и подсушивающий порошок для наружного применения.

Такими же ценными свойствами обладает оксид титана (IV) – TiO 2 . Он тоже имеет красивый белый цвет и применяется для изготовления титановых белил. TiO 2 не растворяется не только в воде, но и в кислотах, поэтому покрытия из этого оксида особенно устойчивы. Этот оксид добавляют в пластмассу для придания ей белого цвета. Он входит в состав эмалей для металлической и керамической посуды.

Оксид хрома (III) – Cr 2 O 3 – очень прочные кристаллы темно-зеленого цвета, не растворимые в воде. Cr 2 O 3 используют как пигмент (краску) при изготовлении декоративного зеленого стекла и керамики. Известная многим паста ГОИ (сокращение от наименования “Государственный оптический институт”) применяется для шлифовки и полировки оптики, металлических изделий, в ювелирном деле.

Благодаря нерастворимости и прочности оксида хрома (III) его используют и в полиграфических красках (например, для окраски денежных купюр). Вообще, оксиды многих металлов применяются в качестве пигментов для самых разнообразных красок, хотя это – далеко не единственное их применение.

Задания для закрепления

1. Выпишите отдельно химические формулы солеобразующих кислотных и основных оксидов.

NaOH, AlCl 3 , K 2 O, H 2 SO 4 , SO 3 , P 2 O 5 , HNO 3 , CaO, CO.

2. Даны вещества : CaO, NaOH, CO 2 , H 2 SO 3 , CaCl 2 , FeCl 3 , Zn(OH) 2 , N 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ca(OH) 2 , CO 2 , N 2 O, FeO , SO 3 , Na 2 SO 4 , ZnO, CaCO 3 , Mn 2 O 7 , CuO, KOH, CO, Fe(OH) 3

Выберите из перечня: основные оксиды, кислотные оксиды, безразличные оксиды, амфотерные оксиды и дайте им названия .

3. Закончите УХР, укажите тип реакции, назовите продукты реакции

Na 2 O + H 2 O =

N 2 O 5 + H 2 O =

CaO + HNO 3 =

NaOH + P 2 O 5 =

K 2 O + CO 2 =

Cu(OH) 2 = ? + ?

4. Осуществите превращения по схеме:

1) K → K 2 O → KOH → K 2 SO 4

2) S→SO 2 →H 2 SO 3 →Na 2 SO 3

3) P→P 2 O 5 →H 3 PO 4 →K 3 PO 4

Оксидами называются сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы кислорода в степни окисления – 2 и какого-нибудь другого элемента.

могут быть получены при непосредственном взаимодействии кислорода с другим элементом, так и косвенным путём (например, при разложении солей, оснований, кислот). В обычных условиях оксиды бывают в твёрдом, жидком и газообразном состоянии, этот тип соединений весьма распространён в природе. Оксиды содержатся в Земной коре. Ржавчина, песок, вода, углекислый газ – это оксиды.

Они бывают солеобразующими и несолеобразующие.

Солеобразующие оксиды – это такие оксиды, которые в результате химических реакций образуют соли. Это оксиды металлов и неметаллов, которые при взаимодействии с водой образуют соответствующие кислоты, а при взаимодействии с основаниями – соответствующие кислые и нормальные соли. Например, оксид меди (CuO) является оксидом солеобразующим, потому что, например, при взаимодействии её с соляной кислотой (HCl) образуется соль:

CuO + 2HCl → CuCl 2 + H 2 O.

В результате химических реакций можно получать и другие соли:

CuO + SO 3 → CuSO 4 .

Несолеобразующими оксидами называются такие оксиды, которые не образуют солей. Примером могут служить СО, N 2 O, NO.

Солеобразующие оксиды в свою очередь бывают 3-х типов: основными (от слова « основание» ), кислотными и амфотерными.

Основными оксидами называются такие оксиды металлов, которым соответствуют гидроксиды, относящиеся к классу оснований. К основным оксидам относятся, например, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO и т.д.

Химические свойства основных оксидов

1. Растворимые в воде основные оксиды вступают в реакцию с водой, образуя основания:

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH.

2. Взаимодействуют с кислотными оксидами, образуя соответствующие соли

Na 2 O + SO 3 → Na 2 SO 4 .

3. Реагируют с кислотами, образуя соль и воду:

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O.

4. Реагируют с амфотерными оксидами:

Li 2 O + Al 2 O 3 → 2LiAlO 2 .

Если в составе оксидов в качестве второго элемента будет неметалл или металл, проявляющий высшую валентность (обычно проявляют от IV до VII), то такие оксиды будут кислотными. Кислотными оксидами (ангидридами кислот) называются такие оксиды, которым соответствуют гидроксиды, относящие к классу кислот. Это, например, CO 2 , SO 3 , P 2 O 5 , N 2 O 3 , Cl 2 O 5 , Mn 2 O 7 и т.д. Кислотные оксиды растворяются в воде и щелочах, образуя при этом соль и воду.

Химические свойства кислотных оксидов

1. Взаимодействуют с водой, образуя кислоту:

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 .

Но не все кислотные оксиды непосредственно реагируют с водой (SiO 2 и др.).

2. Реагируют с основанными оксидами с образованием соли:

CO 2 + CaO → CaCO 3

3. Взаимодействуют со щелочами, образуя соль и воду:

CO 2 + Ba(OH) 2 → BaCO 3 + H 2 O.

В состав амфотерного оксида входит элемент, который обладает амфотерными свойствами. Под амфотерностью понимают способность соединений проявлять в зависимости от условий кислотные и основные свойства. Например, оксид цинка ZnO может быть как основанием, так и кислотой (Zn(OH) 2 и H 2 ZnO 2). Амфотерность выражается в том, что в зависимости от условий амфотерные оксиды проявляют либо осно́вные, либо кислотные свойства.

Химические свойства амфотерных оксидов

1. Взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду:

ZnO + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 O.

2. Реагируют с твёрдыми щелочами (при сплавлении), образуя в результате реакции соль – цинкат натрия и воду:

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O.

При взаимодействии оксида цинка с раствором щелочи (того же NaOH) протекает другая реакция:

ZnO + 2 NaOH + H 2 O => Na 2 .

Координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц: атомов или инов в молекуле или кристалле . Для каждого амфотерного металла характерно свое координационное число. Для Be и Zn – это 4; Для и Al – это 4 или 6; Для и Cr – это 6 или (очень редко) 4;

Амфотерные оксиды обычно не растворяются в воде и не реагируют с ней.

Остались вопросы? Хотите знать больше об оксидах?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Оксиды - это бинарные соединения кислорода, то есть сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых является кислород.

Э 2 +n O n -2 - общая формула оксидов, где

n - степень окисления элемента

2 - степень окисления кислорода

Названия оксидов составляется из слова "оксид" и названия элемента образующего оксид в родительном падеже (CaO - оксид кальция).

Схема классификация оксидов

Таблица классификация оксидов с примерами

Классификация оксидов	Определение	Примеры реакций	Типичные взаимодействия
Нормальные	Оксиды, в которых есть только связи между кислородом и каким-нибудь элементом	MgO, SO 3 , SiO 2	Смотрите свойства кислотных и основных оксидов
Пероксиды	Те, в которых есть связи между двумя атомами кислорода	Na 2 O 2 , H 2 O 2	Смотрите таблицу свойства пероксида водорода
Смешанные оксиды	Те, которые представляют собой смесь двух оксидов одного элемента в разных степенях окисления	Pb 3 O 4 = 2РbО · PbO 2 Fe 3 O 4 = FeO · Fe 2 O 3	Обладают теми же свойствами, что и входящие в их составы оксиды
Кислотные или ангидриды	Оксиды, которые реагируют с водой, образуя кислоты; с основаниями и основными оксидами - образуют соли	SO 3 , SO 2 , Mn 2 O 7	SO 2 + Н 2 O → Н 2 SO 3 С основаниями и основными оксидами: Мn 2 O 7 + 2КOН → 2КМnO 4 + Н 2 O
Основные оксиды	Те, которые реагируют с водой, образуя основания; с кислотами и кислотными оксидами образуют соли		СаО + Н 2 O → Са(ОН) 2 С кислотами и кислотными оксидами: Na 2 O + СО 2 → Na 2 CO 3
Амфотерные оксиды	Те, которые в зависимости от условий проявляют свойства и кислотных, и основных оксидов		С кислотами: ZnO + 2НСl → ZnCl 2 + Н 2 O С щелочами: ZnO + 2NaOH + H 2 O → Na 2
Безразличные (несолеобразующие)	Оксиды, которые не реагируют ни с кислотами, ни с основаниями. Солей не образуют		NO + Н 2 O -/-> N 2 O + NaOH

Способы получения оксидов таблица

Почти все хим. элементы образуют оксиды. На данный момент не получены оксиды гелия, неона и аргона.

Способы получения оксидов		Примечание
Взаимодействие простых веществ с кислородом	S + O 2 → SO 2 4Аl + 3O 2 → 2Аl 2 0 3	Так получают преимущественно оксиды неметаллов
Термическое разложение оснований, солей, кислот	СаСО 3 t → CaO + CO 2 2H 3 BO 3 t → Bg 2 O 3 + H 2 O Mg(OH) 2 t → MgO + H 2 0	Так получают преимущественно оксиды металлов
Взаимодействие простых веществ и солей с кислотами-окислителями	C + 4HNO 3 (p-p) → CO 2 + 4N0 2 + H 2 O Сu + 4HNO 3 (конд.) → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Na 2 SO 3 + 2H 2 SO 4 → 2NaHS0 4 + SO 2 + H 2 O	Способ получения преимущественно оксидов неметаллов

Химические свойства оксидов таблица

Классификация оксидов	Химические свойства оксидов	Примеры реакции
Основные оксиды	1. Основной оксид* + вода -> щелочь	К 2 О + Н 2 О → 2КОН, ВаО + Н 2 O → Ва(ОН) 2
	2. Основной оксид + кислота -> соль + вода	CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + Н 2 О
	3. Основной оксид + кислотный оксид -> соль	MgO + СО 2 → MgCO 3 , ЗСаО + P 2 O 5 → Ca 3 (PO 4) 2
Кислотные оксиды	1. Кислотный оксид + вода -> кислота	SO 3 + Н 2 O → H 2 SO 4 Сl 2 O 7 + Н 2 О → 2НСlO 4 SiO 2 + Н 2 O -/-> нет реакции (исключение)
	2. Кислотный оксид + щелочь -> соль + вода	SO 3 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + Н 2 O
	3. Кислотный оксид + основной оксид -> соль	SiO 2 + CaO t → CaSiO 3 , Р 2 O 4 + ЗК 2 O → 2К 3 РО 4
Амфотерные оксиды	1. С кислотами реагируют как основные оксиды	ZnO + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + Н 2 O
	2. С основаниями (щелочами) реагируют как кислотные оксиды	ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + Н 2 O

_______________

Источник информации: Насонова А.Е. Химия, школьная программа в таблицах и формулах, 1998

Оксиды

Соли

Кислоты

Основания

Оксиды

Классификация и номенклатура простых и сложных веществ

Лекция 3.

Тема: Классификация неорганических соединений.

Цель: Ознакомить студентов с разнообразием, строением и свойствами неорганических соединений

Химия занимается изучением превращений химических веществ (число известных к настоящему времени веществ более десяти мил­лионов), поэтому очень важна классификация химических соедине­ний. Под классификацией понимают объединение разнообразных и многочисленных соединений в определенные группы или классы, обладающие сходными свойствами. С проблемой классификации тесно связана проблема номенклатуры, т.е. системы названий этих веществ. Как классификация, так и номенклатура химических соединений складывались на протяжении столетий, поэтому они не всегда являются логическими и отражают исторический путь развития науки.

Индивидуальные химические вещества принято делить на две группы: немногочисленную группу простых веществ (их, с учетом аллотропных модификаций, насчитывается около 400) и очень многочисленную группу сложных веществ.

Сложные вещества обычно делят на четыре важнейших класса: оксиды, основания (гидроксиды), кислоты, соли.

Приведенная первичная классификация уже с самого начала оказывается несовершенной. Например, в ней нет места для аммиака, соединений металлов с водородом, азотом, углеродом, фосфором и т.д., соединений неметаллов с другими неметаллами и т.д.

Перед тем, как рассмотреть более детально каждый из классов неорганических соединений, целесообразно взглянуть на схему, отражающую генетическую связь типичных классов соединений:

В верхней части схемы помещены две группы простых веществ – металлы и неметаллы, а также водород, строение атома которого отличается от строения атомов других элементов. На валентном слое атома водорода находится один электрон, как у щелочных металлов; в то же время, до заполнения электронного слоя оболочки ближайшего инертного газа – гелия - ему недостает также одного электрона, что роднит его с галогенами.

Волнистая черта отделяет простые вещества от сложных; она символизирует, что «пересечение» этой границы обязательно затрагивает валентные оболочки атомов в простых веществах, следовательно, любая реакция с участием простых веществ будет окислительно-восстановительной.

В левой части схемы под металлами помещены их типичные соединения – основные оксиды и основания, в правой части схемы помещены соединения, типичные для неметаллов, – кислотные оксиды и кислоты. Водород, помещенный в верхней части схемы, дает очень специфический, идеально амфотерный оксид – воду Н 2 О, которая в комбинации с основным оксидом дает основание, а с кислотным - кислоту. Водород в сочетании с неметаллами образует бескислородные кислоты. В нижней части схемы помещены соли, которые, с одной стороны, отвечают соединению металла с неметаллом, а с другой – комбинации основного оксида с кислотным.

Приведенная схема до некоторой степени отражает и возможности протекания химических реакций – как правило, в химическое взаимодействие вступают соединения, принадлежащие к разным половинам схемы. Так, основные оксиды реагируют с кислотными оксидами, кислотами и кислыми солями; кислоты реагируют с металлами, основными оксидами, основаниями, основными и средними солями. Естественно, что такая схема не дает исчерпывающей информации обо всех возможных реакциях, однако она отражает основные типы реакций.

Заметим, что при составлении схемы использован один старый, но очень полезный прием: формулы оснований, кислот и солей представлены на ней как комбинации оксидов. Этот прием широко применяется, например, в геологии для описания минералов. Так, формула талька Mg 3 (OH) 2 наглядно представляется другой формулой - 3MgO 4SiО 2 H 2 О; формула изумруда Be 3 Al 2 Si 6 O 18 может быть записана как ЗВеО Аl 2 О 3 6SiO 2 .

Рассмотрим подробнее отдельные классы неорганических соединений.

Классификация и номенклатура оксидов. Оксидами называют соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород.

Оксиды делят на две группы: солеобразующие и несолеобразующие, а каждую из групп, в свою очередь, подразделяют на несколько подгрупп.

Многие элементы проявляют переменную валентность и дают оксиды различного состава, поэтому прежде всего следует рассмотреть номенклатуру оксидов.

Номенклатура химических соединений развивалась и складывалась по мере накопления фактического материала. Сначала, пока количество соединений было невелико, широко использовались тривиальные названия, специфические для каждого соединения, не отражающие состава, строения и свойства вещества, – сурик, глет, жженая магнезия, железная окалина, веселящий газ, белый мышьяк (Рb 3 O 4 , РbО, МgО, Fe 3 O 4 , N 2 O, As 2 O 3 соответственно). На смену такой номенклатуре пришла полусистематическая, стали указывать количество атомов кислорода, появились термины: закись – для более низких, окись – для более высоких степеней окисления; ангидрид – для оксидов кислотного характера.

К настоящему времени осуществлен переход на современную международную номенклатуру. Согласно этой номенклатуре любой оксид называется оксидом с указанием римскими цифрами степени окисления элемента, например: SO 2 - оксид серы (IV), SO 3 - оксид серы (VI), CrO - оксид хрома (II), Сг 2 O 3 - оксид хрома (III), СгОз - оксид хрома (VI).

Однако до сих пор в химической литературе встречаются и старые наименования оксидов (кстати, в старых названиях вместо оксида чаще использовался термин «окисел»).

Солеобразующие оксиды принято делить на три группы (основные, амфотерные, кислотные). Они подробно рассматриваются ниже.

Основные оксиды. К основным относятся оксиды типичных металлов, им соответствуют гидроксиды, обладающие свойствами оснований.

Получение основных оксидов:

1. Окисление металлов при нагревании в атмосфере кислорода:

2Mg + O 2 = 2MgO

2Cu + O 2 = 2CuO

Этот метод практически неприменим для щелочных металлов, которые при окислении обычно дают пероксиды, поэтому оксиды Nа 2 О, К 2 O крайне труднодоступны.

2. Обжиг сульфидов:

2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

Метод неприменим для сульфидов активных металлов, окисляющихся до сульфатов.

3. Разложение гидроксидов при нагревании:

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.

3. Разложение солей кислородсодержащих кислот:

BaCO 3 = BaO + CO 2

2Pb(NO 3) 2 = 2PbO + 4NO 2 + O 2

4FeSO 4 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2 + O 2

Этот способ получения оксидов особенно легко осуществляется для нитратов и карбонатов, в том числе и для основных солей:

2 CO 3 = 2ZnO + CO 2 + H 2 O

Свойства основных оксидов. Большинство основных оксидов представляет собой твердые кристаллические вещества ионного характера, в узлах кристаллической решетки расположены ионы металлов, достаточно прочно связанные с оксид-ионами О 2- , поэтому оксиды типичных металлов обладают высокими температурами плавления и кипения.

Отметим одну характерную для оксидов особенность. Близость ионных радиусов многих ионов металлов приводит к тому, что» в кристаллической решетке оксидов часть ионов одного металла может быть заменена на ионы другого металла. Это приводит к тому, что для оксидов часто не выполняется закон постоянства состава и могут существовать смешанные оксиды переменного состава.

Большинство основных оксидов не распадается при нагревании, исключение составляют оксиды ртути и благородных металлов:

2HgO = 2Hg + O 2

2Ag 2 O = 4Ag + O 2

Основные оксиды при нагревании могут вступать в реакции с ки­слотными и амфотерными оксидами, с кислотами:

BaO + SiO 2 = BaSiO 3

MgO + Al 2 O 3 = Mg(AlO 2) 2

ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов непосредст­венно реагируют с водой:

K 2 O + H 2 O = 2KOH

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2

Как и другие типы оксидов, основные оксиды могут вступать в окислительно-восстановительные реакции:

Fe 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Fe

3CuO + 2NH 3 = 2Cu + N 2 + 3H 2 O

4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3

Кислотные оксиды. Кислотные оксиды представляют собой ок­сиды неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окисления и могут быть получены методами, аналогичными методам получения основных оксидов, например:

Большинство кислотных оксидов непосредственно взаимодействует с водой с образованием кислот:

Заметим здесь, что наряду с современной номенклатурой для ки­слотных оксидов до сих пор широко используется старинная систе­ма названий их как ангидридов кислот - продуктов отщепления воды от соответствующих кислот. Как видно из вышеприведенных реакций, SО 3 - ангидрид серной кислоты, СО 2 - ангидрид угольной кислоты, Р 2 О 5 является ангидридом трех кислот (мета- фосфорной, ортофосфорной и пирофосфорной).

Наиболее типичными для кислотных оксидов являются их реакции с основными (см. выше) и амфотерными оксидами, со щелочами:

Выше упоминалось, что кислотные оксиды могут вступать в многочисленные окислительно-восстановительные реакции, например:

Амфотерные оксиды обладают двойственной природой: они одновременно способны к реакциям, в которые вступают как основные, так и кислотные оксиды, т.е. реагируют и с кислотами, и со щелочами:

К числу амфотерных оксидов относятся оксид алюминия Аl 2 О 3 , оксид хрома (III) Сr 2 О 3 , оксид бериллия ВеО, оксид цинка ZnO, оксид железа (Ш) Fe 2 O 3 и ряд других.

Идеально амфотерпым оксидом является, вода Н 2 О, которая диссоциирует с образованием одинаковых количеств ионов водорода (кислотные свойства) и гидроксид-иона (основные свойства). Амфотерные свойства воды ярко проявляются при гидролизе растворенных в ней солей:

3. Основания (гидроксиды металлов)

По современной номенклатуре их принято называть гидроксидами элементов с указанием степени окисления: КОН – гидроксид калия, NaOH – гидроксид натрия, Са(ОН) 2 – гидроксид кальция, Сг(ОН) 2 –- гидроксид хрома (II), Сг(ОН) 3 - гидроксид хрома (III).

Гидроксиды металлов принято делить на две группы: растворимые в воде (образованные щелочными и щелочноземельными ме­таллами и поэтому называемые щелочами) и нерастворимые в воде. Основное различие между ними заключается в том, что концентрация ионов ОН - в растворах щелочей достаточно высока, для нерастворимых же оснований она определяется растворимостью вещества и обычно очень кала. Тем не менее, небольшие равновесные кон­центрации кона ОН - даже в растворах нерастворимых оснований определяют свойства этого класса соединений.

Получение оснований. Общим методом получения оснований является реакция обмена, с помощью которой могут быть получены как нерастворимые, так и растворимые основания:

При получении этим методом растворимых оснований в осадок выпадает нерастворимая соль.

При получении нерастворимых в воде оснований, обладающих амфотерными свойствами, следует избегать избытка щелочи, так как может произойти растворение амфотерного основания, например:

В подобных случаях для получения гидроксидов используют гид-роксид аммония, в котором амфотерные оксиды не растворяются:

Гидроксиды серебра, ртути настолько легко распадаются, что при попытке их получения обменной реакцией вместо гидроксидов выпадают оксиды;

Щелочи в технике обычно получают электролизом водных рас­творов хлоридов:

Щелочи могут быть также получены взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

Химические свойства оснований. Все нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются с образованием оксидов:

Наиболее характерной реакцией оснований является их взаимодействие с кислотами – реакция нейтрализации. В нее вступают как щелочи, так и нерастворимые основания:

Выше было показано, как щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами.

Основания могут вступать в реакцию с кислыми солями:

Основания не реагируют с металлами, так как гидроксид-ион не может принять электроны от атома металла, а ионы металлов, которые могли бы быть восстановлены более активными металлами, дают нерастворимые в воде основания.

Необходимо особенно подчеркнуть способность растворов щелочей реагировать с некоторыми неметаллами (галогенами, серой, белым фосфором, кремнием):

Кроме того, концентрированные растворы щелочей при нагрева­нии способны растворять также и некоторые металлы (те, соедине­ния которых обладают амфотерными свойствами).