ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Оксиды.

Оксидами называются соединения элементов с кислородом, в которых кислород соединяется только с атомами других элементов, например K–O–K, Са=О, О=Si=О. Соединения элементов с кислородом, в которых осуществляется связь между двумя атомами кислорода, называются перекисями (например, K–O–O–K). Почти все элементы образуют соединения с кислородом. В одних случаях оксиды образуются при непосредственном взаимодействии простых веществ с кислородом, в других — их получают косвенным путём.

Многие оксиды способны присоединять воду, образуя основания или кислоты. Все оксиды подразделяют на солеобразующие и несолеобразующие.

Неслеобразующих оксидов немного. К ним, в частности, принадлежат гемиоксид азота N₂O, монооксид азота NO, монооксид углерода СО и некоторые другие. Их иногда называют индифферентными (безразличными), однако это название нельзя признать удачным, так как перечисленные оксиды вовсе не индифферентны и легко вступают в различные химические реакции.

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды. Основными называются оксиды, образующие соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами. К основным оксидам принадлежат, например, Li₂O, Na₂O, K₂O, Ag₂O, MgO, CaO, SrO, BaO, HgO, MnO, FeO, NiO. Основными могут быть только оксиды металлов. Но не все оксиды металлов являются основными: многие из них принадлежат к амфотерным или кислотным. Ниже приведены примеры образования солей основными оксидами:

MgO + 2 HCl = MgCl₂ + H₂O

CaO + CO₂ = CaCO₃.

Кислотные оксиды. Кислотными называются оксиды, образующие соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами:

CO₂ + 2 KOH = K₂CO₃ + H₂O

SrO + SO₃ = SrSO₄.

Кислотные оксиды называют также ангидридами кислот. Многие из них соединяются с водой, образуя кислоты. Кислотными являются, например, оксиды типичных неметаллов: B₂O₃, N₂O₃, P₂O₃, P₂O₅, SO₂, CO₂, NO₂, SiO₂.

Кислотный характер имеют также оксиды некоторых металлов в степени окисления пять и выше:

V₂O₅ + Ca(OH)₂ = CaVO₃ + H₂O

CrO₃ + 2 NaOH = Na₂CrO₄ + H₂O

Mn₂O₇ + 2 KOH = 2 KMnO₄ + H₂O.

Амфотерные оксиды. Амфотерными называются оксиды металлов, образующие соли при взаимодействии как с кислотами (кислотными оксидами), так и с основаниями (основными оксидами).

К амфотерным оксидам относятся ZnO, SnO, PbO, Cr₂O₃, Al₂O₃, MnO₂, SnO₂, PbO₂, Fe₂O₃ и др. Амфотерный характер оксида алюминия, например, проявляется во взаимодействии его как с соляной кислотой, так и с гидроксидом калия:

2 Al₂O₃ + 6 HCl = 2 AlCl₃ + 3 H₂O

Al₂O₃ + 2 KOH = 2 KAlO₂ + H₂O.

И в одном и в другом случае оксид алюминия образует соль. В первой реакции оксид алюминия ведёт себя как основной оксид, и полученную соль можно рассматривать как продукт замещения водорода соляной кислоты алюминием. Во второй реакции оксид алюминия выступает как кислотный: он образует соль, в которой алюминий входит в состав кислотного остатка

Следовательно, амфотерным оксидам присущи свойства как основных, так и кислотных свойств. У различных амфотерных оксидов эта двойственность может быть выражена в различной степени. Например, оксид цинка ZnO одинаково легко растворяется и в кислотах, и в щелочах, т. е. у этого оксида основная и кислотная функции выражены примерно в равной мере. Fe₂O₃ обладает преимущественно основными свойствами и кислотные свойства проявляет, только взаимодействуя со щелочами при высоких температурах. У амфотерного диоксида олова SnO₂ преобладают кислотные свойства.

Номенклатура оксидов. Если элемент образует с кислородом только одно соединение, его называют оксидом независимо от состава. Например, Na₂O — оксид натрия, CaO — оксид кальция, Al₂O₃ — оксид алюминия и т. п.

Если же элемент образует несколько оксидов, то их названия даются с учётом состава оксида. Например:

N₂О — гемиоксид азота, NO — монооксид азота, N₂О₃ — сесквиоксид азота, NO₂ — диоксид азота, N₂O₅ — сесквиоксид азота, SО₃ — триоксид серы, Fe₃О₄ — оксид железа (II, III). Если элемент обладает переменной валентностью, то после слов оксид элемента в круглых скобках римскими цифрами указывают его валентность, например, оксид фосфора (V), оксид железа (III) и т.д.

Способы получения оксидов.

1. Взаимодействие простых веществ с кислородом. Многие простые вещества при нагревании на воздухе или в кислороде сгорают, образуя соответствующие оксиды:

2 Мо + 3 О₂ = 2 МоО₃

4 Р + 5 О₂ = 2 Р₂О₅.

2. Разложение оснований. Некоторые основания при нагревании теряют воду, превращаясь в оксиды металлов:

Ва(ОН)₂ = ВаО + Н₂О

2AI(OH)₃ = AI₂O₃ + 3 H₂O.

Реакции протекают с различной степенью лёгкости. Так, образование оксида ртути и оксида серебра из гидроксидов этих металлов происходит уже при комнатной температуре:

Hg(OH)₂ = HgO + H₂O

2 AgOH = Ag₂O + H₂O.

Напротив, гидроксид натрия можно перегнать при 1390 С, без разложения.

3. Разложение кислот. Кислородсодержащие кислоты при нагревании теряют воду, превращаясь в кислотные оксиды:

Н₄SiO₄ = SiO₂ + 2 H₂O

4 HNO₃ = 4 NO₂ + 2 H₂O + O₂.

Иногда можно достичь удаление воды из кислородсодержащих кислот действием на них водоотнимающих средств:

2 HCIO₄ + P₂O₅ = 2 HPO₃ + CI₂O₇

2 HNO₃ + P₂O₅ = 2 HPO₃ + N₂O₅

Некоторые кислоты самопроизвольно теряют воду даже при низких температурах:

H₂CO₃ = H₂O + CO₂

H₂SO₃ = H₂O + SO₂.

4. Разложение солей. Подавляющее большинство солей кислородсодержащих кислот при нагревании разлагается на оксид металла и кислотный оксид:

СаСО₃ = СаО + СО₂

Fe₂(SO₄)₃ = Fe₂O₃ + 3 SO₃

2 Pb(NO₃)₂ = 2 PbO + 4 NO₂ + O₂.

Если оксид металла термически неустойчив, то вместо оксида образуется свободный металл:

2 Ag₂CO₃ = 4 Ag + 2 CO₂ + O₂

Hg(NO₃)₂ = Hg + 2 NO₂ + O₂.

Cоли щелочных металлов отличаются высокой термической устойчивостью. Если они при нагревании всё же разлагаются, то оксиды при этом, как правило, не образуются:

2 KNO₃ = 2 KNO₂ + O₂

2 KCIO₃ = 2 KCI + 3 O₂.

5. Разложение оксидов. Если элемент имеет переменную валентность, то его оксид с меньшим содержанием кислорода можно получить нагреванием оксида, в котором элемент проявляет более высокую степень окисления:

2 SO₃ = 2 SO₂ + O₂

2 N₂O₅ = 2 NO₂ + O₂

4 CrO₃ = 2Cr₂O₃ + 3 O₂.

И наоборот, высшие оксиды иногда удаётся получить окислением низших:

2 СО + О₂ = 2 СО₂

6 PbO + O₂ = 2 Pb₃O₄

P₂O₃ + O₂ = P₂O₅.

6. Вытеснение одних оксидов другими. Эта реакция может быть применена для получения более летучих оксидов вытеснением их менее летучими:

СаСО₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂

CoSO₄ + B₂O₃ = Co(BO₂)₂ + SO₃.

Реакции протекают при высокой температуре и основаны на том, что сесквиоксид бора и диоксид кремния нелетучи и при нагревании вытесняют более летучие: диоксид углерода и триоксид серы.

7. Взаимодействие кислот, обладающих окислительными свойствами, с металлами и неметаллами. Азотная и концентрированная серная кислоты при действии восстановителей образуют оксиды, в которых азот и сера проявляют более низкую степень окисления, чем в исходных кислотах.

Cu + 4 HNO₃ = Cu(NO­₃)₂ + 2 NO₂ + 2 H₂O

C + 2 H₂SO₄ = CO₂ + 2 SO₂ + 2 Н₂O.

Пероксиды. Некоторые соединения металлов с кислородом по химическим свойствам существенно отличаются от обычных оксидов. Так, соединения Na₂O₂, BaO₂, ZnO₂ состоят из металла и кислорода, но являются не оксидами, а солями пероксида водорода и поэтому называются пероксидами. У пероксидов связанные друг с другом атомы кислорода образуют не очень прочную пероксидную группу ОО. Поэтому при действии кислот на пероксиды металлов наряду с солями образуется кислород:

О—Na

2 + 2 H₂SO₄ = 2 Na₂SO₄ + 2 H₂O + O₂

О—Na
2 BaO₂ + 4 HNO₃ = 2 Ba(NO₃)₂ + 2 H₂O + O₂.

Смешанные оксиды. Соединения Pb₂O₃, Mn₃O₄, Fe₃O₄ иногда называют двойными или смешанными оксидами. Их можно также рассматривать как соли: Pb₂O₃ PbPbO₃ — плюмбат свинца (соль свинцовой кислоты H₂PbO₃); Mn₃O₄ Mn₂MnO₄ — манганит марганца (соль H₄MnO₄); Fe₃O₄ Fe(FeO₂)₂ — феррит железа (II) (соль НFeO₂). Следовательно, в состав молекулы смешанного оксида входят атомы одного элемента в различных степенях окисления.

Соединения оксидов с водой называют гидратами оксидов. Присоединение оксидом воды не приводит к коренному изменению его химического характера, поэтому гидраты основных оксидов проявляют основные свойства, гидраты амфотерных оксидов — амфотерные, а гидраты кислотных оксидов имеют кислотные свойства.

Основания (гидроксиды).