Какие оксиды взаимодействуют с водой. Оксиды: классификация и химические свойства

Современная химическая наука представляет собой множество разнообразных отраслей, и каждая из них, помимо теоретической базы, имеет большое прикладное значение, практическое. Чего ни коснись, все кругом - продукты химического производства. Главные разделы - это неорганическая и органическая химия. Рассмотрим, какие основные классы веществ относят к неорганическим и какими свойствами они обладают.

Главные категории неорганических соединений

К таковым принято относить следующие:

1. Оксиды.
2. Соли.
3. Основания.
4. Кислоты.

Каждый из классов представлен большим разнообразием соединений неорганической природы и имеет значение практически в любой структуре хозяйственной и промышленной деятельности человека. Все главные свойства, характерные для этих соединений, нахождение в природе и получение изучаются в школьном курсе химии в обязательном порядке, в 8-11 классах.

Существует общая таблица оксидов, солей, оснований, кислот, в которой представлены примеры каждого из веществ и их агрегатное состояние, нахождение в природе. А также показаны взаимодействия, описывающие химические свойства. Однако мы рассмотрим каждый из классов отдельно и более подробно.

Группа соединений - оксиды

4. Реакции, в результате которых элементы меняют СО

Me +n O + C = Me 0 + CO

1. Реагент вода: образование кислот (SiO 2 исключение)

КО + вода = кислота

2. Реакции с основаниями:

CO 2 + 2CsOH = Cs 2 CO 3 + H 2 O

3. Реакции с основными оксидами: образование соли

P 2 O 5 + 3MnO = Mn 3 (PO 3) 2

4. Реакции ОВР:

CO 2 + 2Ca = C + 2CaO,

Проявляют двойные свойства, взаимодействуют по принципу кислотно-основного метода (с кислотами, щелочами, основными оксидами, кислотными оксидами). С водой во взаимодействие не вступают.

1. С кислотами: образование солей и воды

АО + кислота = соль + Н 2 О

2. С основаниями (щелочами): образование гидроксокомплексов

Al 2 O 3 + LiOH + вода = Li

3. Реакции с кислотными оксидами: получение солей

FeO + SO 2 = FeSO 3

4. Реакции с ОО: образование солей, сплавление

MnO + Rb 2 O = двойная соль Rb 2 MnO 2

5. Реакции сплавления с щелочами и карбонатами щелочных металлов: образование солей

Al 2 O 3 + 2LiOH = 2LiAlO 2 + H 2 O

Каждый высший оксид, образованный как металлом, так и неметаллом, растворяясь в воде, дает сильную кислоту или щелочь.

Кислоты органические и неорганические

В классическом звучании (основываясь на позициях ЭД - электролитической диссоциации - кислоты - это соединения, в водной среде диссоциирующие на катионы Н + и анионы остатков кислоты An - . Однако сегодня тщательно изучены кислоты и в безводных условиях, поэтому существует много разных теорий для гидроксидов.

Эмпирические формулы оксидов, оснований, кислот, солей складываются только из символов, элементов и индексов, указывающих их количество в веществе. Например, неорганические кислоты выражаются формулой H + кислотный остаток n- . Органические вещества имеют другое теоретическое отображение. Помимо эмпирической, для них можно записать полную и сокращенную структурную формулу, которая будет отражать не только состав и количество молекулы, но и порядок расположения атомов, их связь между собой и главную функциональную группу для карбоновых кислот -СООН.

В неорганике все кислоты делятся на две группы:

• бескислородные - HBr, HCN, HCL и другие;
• кислородсодержащие (оксокислоты) - HClO 3 и все, где есть кислород.

Также неорганические кислоты классифицируются по стабильности (стабильные или устойчивые - все, кроме угольной и сернистой, нестабильные или неустойчивые - угольная и сернистая). По силе кислоты могут быть сильными: серная, соляная, азотная, хлорная и другие, а также слабыми: сероводородная, хлорноватистая и другие.

Совсем не такое разнообразие предлагает органическая химия. Кислоты, которые имеют органическую природу, относятся к карбоновым кислотам. Их общая особенность - наличие функциональной группы -СООН. Например, НСООН (муравьиная), СН 3 СООН (уксусная), С 17 Н 35 СООН (стеариновая) и другие.

Существует ряд кислот, на которые особенно тщательно делается упор при рассмотрении данной темы в школьном курсе химии.

1. Соляная.
2. Азотная.
3. Ортофосфорная.
4. Бромоводородная.
5. Угольная.
6. Иодоводородная.
7. Серная.
8. Уксусная, или этановая.
9. Бутановая, или масляная.
10. Бензойная.

Данные 10 кислот по химии являются основополагающими веществами соответствующего класса как в школьном курсе, так и в целом в промышленности и синтезах.

Свойства неорганических кислот

К основным физическим свойствам нужно отнести в первую очередь различное агрегатное состояние. Ведь существует ряд кислот, имеющих вид кристаллов или порошков (борная, ортофосфорная) при обычных условиях. Подавляющее большинство же известных неорганических кислот представляет собой разные жидкости. Температуры кипения и плавления также варьируются.

Кислоты способны вызывать тяжелые ожоги, так как обладают силой, разрушающей органические ткани и кожный покров. Для обнаружения кислот используют индикаторы:

• метилоранж (в обычной среде - оранжевый, в кислотах - красный),
• лакмус (в нейтральной - фиолетовый, в кислотах - красный) или некоторые другие.

К важнейшим химическим свойствам можно отнести способность вступать во взаимодействие как с простыми, так и со сложными веществами.

При взаимодействии с металлами одинаково реагируют не все кислоты. Химия (9 класс) в школе предполагает весьма неглубокое изучение таких реакций, однако и на таком уровне рассматриваются специфические свойства концентрированной азотной и серной кислоты при взаимодействии с металлами.

Гидроксиды: щелочи, амфотерные и нерастворимые основания

Оксиды, соли, основания, кислоты - все эти классы веществ имеют общую химическую природу, объясняющуюся строением кристаллической решетки, а также взаимным влиянием атомов в составе молекул. Однако если для оксидов можно было дать вполне конкретное определение, то для кислот и оснований это сделать сложнее.

Так же, как и кислоты, основаниями по теории ЭД называются вещества, способные в водном растворе распадаться на катионы металлов Ме n+ и анионы гидроксогрупп ОН - .

• Растворимые или щелочи (сильные основания, изменяющие Образованы металлами I, II групп. Пример: КОН, NaOH, LiOH (то есть учитываются элементы только главных подгрупп);
• Малорастворимые или нерастворимые (средней силы, не изменяющие окраску индикаторов). Пример: гидроксид магния, железа (II), (III) и другие.
• Молекулярные (слабые основания, в водной среде обратимо диссоциируют на ионы-молекулы). Пример: N 2 H 4, амины, аммиак.
• Амфотерные гидроксиды (проявляют двойственные основно-кислотные свойства). Пример: берилия, цинка и так далее.

Каждая представленная группа изучается в школьном курсе химии в разделе "Основания". Химия 8-9 класса подразумевает подробное изучение щелочей и малорастворимых соединений.

Главные характерные свойства оснований

Все щелочи и малорастворимые соединения находятся в природе в твердом кристаллическом состоянии. При этом температуры плавления их, как правило, невысоки, и малорастворимые гидроксиды разлагаются при нагревании. Цвет оснований разный. Если щелочи белого цвета, то кристаллы малорастворимых и молекулярных оснований могут быть самой различной окраски. Растворимость большинства соединений данного класса можно посмотреть в таблице, в которой представлены формулы оксидов, оснований, кислот, солей, показана их растворимость.

Щелочи способны изменять окраску индикаторов следующим образом: фенолфталеин - малиновый, метилоранж - желтый. Это обеспечивается свободным присутствием гидроксогрупп в растворе. Именно поэтому малорастворимые основания такой реакции не дают.

Химические свойства каждой группы оснований различны.

Это большинство химических свойств, которые проявляют основания. Химия оснований достаточно проста и подчиняется общим закономерностям всех неорганических соединений.

Класс неорганических солей. Классификация, физические свойства

Опираясь на положения ЭД, солями можно назвать неорганические соединения, в водном растворе диссоциирующие на катионы металлов Ме +n и анионы кислотных остатков An n- . Так можно представить соли. Определение химия дает не одно, однако это наиболее точное.

При этом по своей химической природе все соли подразделяются на:

• Кислые (имеющие в составе катион водорода). Пример: NaHSO 4.
• Основные (имеющие в составе гидроксогруппу). Пример: MgOHNO 3 , FeOHCL 2.
• Средние (состоят только из катиона металла и кислотного остатка). Пример: NaCL, CaSO 4.
• Двойные (включают в себя два разных катиона металла). Пример: NaAl(SO 4) 3.
• Комплексные (гидроксокомплексы, аквакомплексы и другие). Пример: К 2 .

Формулы солей отражают их химическую природу, а также говорят о качественном и количественном составе молекулы.

Оксиды, соли, основания, кислоты обладают различной способностью к растворимости, которую можно посмотреть в соответствующей таблице.

Если же говорить об агрегатном состоянии солей, то нужно заметить их однообразие. Они существуют только в твердом, кристаллическом или порошкообразном состоянии. Цветовая гамма достаточно разнообразна. Растворы комплексных солей, как правило, имеют яркие насыщенные краски.

Химические взаимодействия для класса средних солей

Имеют схожие химические свойства основания, кислоты, соли. Оксиды, как мы уже рассмотрели, несколько отличаются от них по этому фактору.

Всего можно выделить 4 основных типа взаимодействий для средних солей.

I. Взаимодействие с кислотами (только сильными с точки зрения ЭД) с образованием другой соли и слабой кислоты:

KCNS + HCL = KCL + HCNS

II. Реакции с растворимыми гидроксидами с появлением солей и нерастворимых оснований:

CuSO 4 + 2LiOH = 2LiSO 4 соль растворимая + Cu(OH) 2 нерастворимое основание

III. Взаимодействие с другой растворимой солью с образованием нерастворимой соли и растворимой:

PbCL 2 + Na 2 S = PbS + 2NaCL

IV. Реакции с металлами, стоящими в ЭХРНМ левее того, что образует соль. При этом вступающий в реакцию металл не должен при обычных условиях вступать во взаимодействие с водой:

Mg + 2AgCL = MgCL 2 + 2Ag

Это главные типы взаимодействий, которые характерны для средних солей. Формулы солей комплексных, основных, двойных и кислых сами за себя говорят о специфичности проявляемых химических свойств.

Формулы оксидов, оснований, кислот, солей отражают химическую сущность всех представителей данных классов неорганических соединений, а кроме того, дают представление о названии вещества и его физических свойствах. Поэтому на их написание следует обращать особое внимание. Огромное разнообразие соединений предлагает нам в целом удивительная наука - химия. Оксиды, основания, кислоты, соли - это лишь часть необъятного многообразия.

Основные оксиды – это оксиды, которым в качестве гидроксида соответствуют основания.

Основные оксиды образуют только металлы и, как правило, в степени окисления +1 и +2 (исключение: BeO, ZnO, SnO, PbO).

гидроксид натрия-

основный гидроксид

(основание)

CaO ⇒ Ca(OH) 2

гидроксид кальция-

основный гидроксид

(основание)

Основные оксиды взаимодействуют:

1. С кислотами , образуя соль и воду:

Основный оксид + Кислота = Соль + Вода

Например:

MgO + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O.

В ионно-молекулярных уравнениях формулы оксидов записывают в молекулярном виде:

MgO + 2H + + 2 Cl – = Mg 2+ + 2 C l – + H 2 O

MgO + 2H + = Mg 2+ + H 2 O

2. С кислотными оксидами , образуя соли:

Основный оксид + Кислотный оксид = Соль

Например:

CaO + N 2 O 5 = Ca(NO 3) 2

В подобных уравнениях трудно составить формулу продукта реакции. Чтобы узнать, какая кислота соответствует данному оксиду, надо мысленно прибавить к кислотному оксиду воду и затем уже вывести формулу искомой кислоты:

N 2 O 5 + ( H 2 O ) → H 2 N 2 O 6

Если в полученной формуле все индексы четные, то их надо сократить на 2. В нашем случае выходит: HNO 3 . Соль этой кислоты и является продуктом реакции. Итак:

2+ 2+ 2+ 2+ 2+
CaO + N 2 O 5 = CaO + N 2 O 5 +(H 2 O) = CaO + H 2 N 2 O 6 = CaO + HNO 3 = Ca(NO 3) 2 –

3. С водой . Но с водой реагируют только оксиды, образованные щелочными (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O и т.д) и щелочно-земельными металлами (CaO, SrO, BaO), так как продуктами этих реакций являются растворимые основания (щелочи).

Например:

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 .

Чтобы из формулы оксида вывести формулу соответствующего ему основания, воду можно записать в виде: H + - OH – и показать, как один ион водорода H + из молекулы воды соединяется с ионом кислорода из оксида CaO и образует гидроксид-ион OH – . Итак:

CaO + H 2 O = CaO + H + - OH – = Ca(OH) 2 .

Na 2 О + H 2 O = 2NaОH;

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 ;

с соединениями кислотного характера (кислотными оксидами, кислотами) с образованием солей и воды:

CaO + СО 2 = СаСО 3 ;

CaO + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O;

3) с соединениями амфотерного характера:

Li 2 O + Al 2 O 3 = 2Li AlO 2 ;

3NaOH + Al(OН) 3 = Na 3 AlO 3 + 3Н 2 О;

Кислотные оксиды реагируют:

1) с водой с образованием кислот:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ;

2) с соединениями основного характера (основными оксидами и основаниями) с образованием солей и воды:

SO 2 + Na 2 O = Na 2 SO 3 ;

CO 2 + 2NaОH = Na 2 CO 3 + H 2 O;

с соединениями амфотерного характера

СО 2 + ZnO = ZnCO 3 ;

СО 2 + Zn(OH) 2 = ZnСО 3 + H 2 O;

Амфотерные оксиды проявляют свойства как основных, так и кислотных оксидов. Им отвечают амфотерные гидроксиды:

кислая среда щелочная среда Ве(ОН) 2 ВеО Н 2 ВеО 2

Zn(OH) 2 ZnO Н 2 ZnО 2

Аl(OН) 3 Al 2 O 3 H 3 AlО 3 , НАlO 2

Cr(OН) 3 Сr 2 O 3 HCrO 2

Pb(OH) 2 PbO Н 2 PbО 2

Sn(OH) 2 SnO Н 2 SnО 2

Амфотерные оксиды взаимодействуют с соеднинениями кислого и основного характера:

Металлы с переменной валентностью могут образовывать оксиды всех трех типов. Например:

CrO основной Cr(OH) 2 ;

Cr 2 O 3 амфотерный Cr(OH) 3 ;

Cr 2 O 7 кислотный H 2 Cr 2 O 7 ;

MnO, Mn 2 O 3 основной;

MnO 2 амфотерный;

Mn 2 O 7 кислотный HMnO 4 .

Основания

Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металла и одна или несколько гидроксидных групп (ОН ‾). Общая формула оснований – Ме(ОН) у, где у – число гидроксидных групп, равное валентности металла.

Номенклатура

Название основания складывается из слова «гидроксид» + название металла.

Если металл имеет переменную валентность, то ее указывают в конце в скобках. Например: CuOH – гидроксид меди (I), Cu(OH) 2 – гидроксид меди (II), NaОH – гидроксид натрия.

Основания (гидроксиды) являются электролитами. Электролитами называются вещества, которые в расплавах или растворах полярных жидкостей распадаются на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы. Распад вещества на ионы на­зывается электролитической диссоциацией.

Bсe электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированы практически нацело. Слабые электролиты диссоциируют только частично и в растворах устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами: NН 4 ОН NH 4 + + ОН - .

2.2. Классификация

а) по числу гидроксидных групп в молекуле. Количество гидроксидных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания.

Основания делятся на:

Однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу: NaOH, KOH, LiOH и др.;

Двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы: Ca(OH) 2 , Fe(OH) 2 и др.;

Трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидные группы: Ni(OH) 3 , Bi(OH) 3 и др.

Двух- и трехкислотные основания называются многокислотными.

б) по силе основания делятся на:

Сильные (щелочи): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 ;

Слабые: Cu(OH) 2 , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 и др.

Сильные основания растворимы в воде, а слабые – нерастворимы.

Диссоциация оснований

Сильные основания диссоциируют практически полностью:

Са(ОН) 2 = Са 2+ + 2ОН - .

Слабые основания диссоциируют ступенчато. При после­довательном отщеплении гидроксид-иона от многокислотных основа­ний образуются основные остатки гидроксокатионы, например:

Fe(OH) 3 OH - + Fe(OH) 2 + дигидроксокатионы железа;

Fe(OH) 2 + OH - + FeOH 2+ гидроксокатионы железа;

Fe(OH) 2+ OH - + Fe 3+ катионы железа.

Число основных остатков равно кислотности основания.

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. Оксиды могут быть солеобразующими и несолеобразующими: одним из видов солеобразующих оксидов являются основные оксиды. Чем они отличаются от других видов, и каковы их химические свойства?

Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные оксиды. Если основным оксидам соответствуют основания, то кислотным – кислоты, а амфотерным оксидам соответствуют амфотерные образования. Амфотерными оксидами называют такие соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять либо основные, либо кислотные свойства.

Рис. 1. Классификация оксидов.

Физические свойства оксидов очень разнообразны. Они могут быть как газами (CO 2), так и твердыми (Fe 2 O 3) или жидкими веществами (H 2 O).

При этом большинство основных оксидов является твердыми веществами различных цветов.

оксиды, в которых элементы проявляют свою высшую активность называются высшими оксидами. Порядок возрастания кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.

Химические свойства основных оксидов

Основными оксидами называются оксиды, которым соответствуют основания. Например, основным оксидам K 2 O, СaO соответствуют основания KOH, Ca(OH) 2 .

Рис. 2. Основные оксиды и соответствующие им основания.

Основные оксиды образуются типичными металлами, а также металлами переменной валентности в низшей степени окисления (например, CaO, FeO), реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя при этом соли:

CaO (основной оксид)+CO 2 (кислотный оксид)=СaCO 3 (соль)

FeO (основной оксид)+H 2 SO 4 (кислота)=FeSO 4 (соль)+2H 2 O (вода)

Основные оксиды также взаимодействуют с амфотерными оксидами, в результате чего происходит образование соли, например:

С водой реагируют только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов:

BaO (основной оксид)+H 2 O (вода)=Ba(OH) 2 (основание щелочнозем. металла)

Многие основные оксиды имеют характер восстанавливаться до веществ, состоящих из атомов одного химического элемента:

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

При нагревании разлагаются только оксиды ртути и благородных металлов:

Рис. 3. Оксид ртути.

Список основных оксидов:

Взаимодействие воды с металлами.

Если в цилиндр с водой опустить стружки кальция, то от поверхности кальция начнут отрываться пузырьки газа, как от поверхности цинка, помещен-ного в раствор серной кислоты. При поднесении зажженной лучинки к отверстию цилиндра мы будем наблюдать вспышки. Это горит водород. Вода в цилиндре мутнеет. Появившиеся в цилиндре белые взвешенные частицы - гидроксид кальция Са(ОН)2. Протекающая реакция выражается уравнением:

Са + 2Н 2 0 = 2Са (ОН) 2 + Н 2

При этой реакции из молекулы воды Н 2 О, которую можно представить как Н-ОН (группа - ОН - гидроксогруппа), -ОН переходит в состав гидроксида кальция. Так как атом кальция двухвалентен, то он вытесняет из двух молекул воды два атома водорода, а оставшиеся две группы -ОН соединяются с атомом кальция.

Еще энергичнее протекает реакция натрия с водой. Опустим кусочек натрия в стакан с водой. Натрий всплывает на ее поверхность, плавится, превращаясь в блестящую каплю. Она быстроперемещаетсяпоповерхностиводы,издаваяшипение и уменьшаясь в размерах. Выпарив раствор, мы обнаружим твердое белое вещество - гидроксид натрия NaOH

2Na + 2НОН = 2NaOH + Н 2

Натрий и кальций принадлежат к числу наиболее химически активных.

Взаимодействие воды с оксидами неметаллов .

Сожжем в бан-ке на ложечке красный фосфор. Прильем немного воды и подож-дем, пока получившийся оксид фосфора (V) Р 2 0 5 растворится. Добавим к раствору несколько капель фиолетового лакмуса. Лакмус окрасится в красный цвет. Значит, в растворе содер-житсякислота.Оксидфосфора(V)соединяетсясводой,и получается фосфорная кислота Н 3 Р0 4:

Р 2 0 5 + ЗН 2 0 = 2Н 3 Р0 4

Сожжем в банке, в которую налито немного воды, серу и получившийся раствор иссле-дуем раствором лакмуса. Он тоже окрасится в красный цвет. Оксид серы (IV) S0 2 , образовавшийся при сгорании серы, соединился с водой, и по-лучилась сернистаякислота:

S0 2 + H 2 0 = H 2 S0 2

Оксид се-ры (VI), взаимодействуя с водой, образует серную кисло-ту H 2 S0 4:

SO 2 + Н 2 О = H 2 S0 4

Азот может образовать ок-сид N205, при взаимодействии которого с водой образуется азотная кислота:

N 2 0 5 + Н 2 0 = 2HN0 3

Соединения оксидов неметаллов с водой относят к кислотам.

Взаимодействие воды с оксидами металлов.

Рассмотрим те-перь отношение к воде оксидов металлов. Насыплем в стакан-чики оксид меди СиО, оксид железа Fe 2 0 3 , оксид цинка ZnO и оксид кальция СаО и прильем в каждый немного воды. Оксиды меди, железа и цинка в воде не растворяются и не соединяются с ней. Иначе ведет себя оксид кальция, или негашеная из-весть.

При обливании кусков негашеной извести водой наблюдается такое сильное разогревание, что часть воды превращается в пар, а куски негашеной извести, рассыпаясь, превращаются в сухой рыхлый порошок - гашеную известь, или гидроксид кальцияCa(OH) 2:

СаО + Н 2 0 = Са(ОН) 2

Подобно оксиду кальция, соединяются с водой оксиды нат-рия и калия:

Na 2 0 + H 2 0 = 2NaOH

К 2 0+Н 2 0 = 2КОН

При этих реакциях образуются гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия КОН.

Таким образом, одни оксиды металлов не реагируют с водой (их большинство) другие (оксид калия, оксид натрия, оксид кальция, оксид бария и др.) соединяются с ней, образуя гидроксиды, которые относятся к основаниям.

(Неорганическая химия 7-8 класс автор Ю. В. Ходаков и др.)