§ 37. Узагальнення знань про неорганічні речовини

У цьому параграфі підсумовано інформацію, яку ви отримали про прості речовини, оксиди, основи, кислоти, амфотерні сполуки, солі. Вам відомо, з яких частинок складаються різні неорганічні речовини, а також про типи хімічного зв’язку між цими частинками. Численні факти свідчать про те, що склад і будова речовин впливають на їхні фізичні та хімічні властивості.

Класифікація неорганічних речовин. Ви знаєте, що до неорганічних речовин належать прості речовини — метали і неметали, а також значна кількість складних речовин (крім сполук Карбону) (схема 15).

Класифікація найважливіших неорганічних речовин

Оксиди — сполуки елементів з Оксигеном, у яких ступінь окиснення Оксигену становить -2. Хоча вони й подібні за складом, проте різняться за хімічними властивостями. Існують основні, кислотні й амфотерні оксиди. Усіх їх називають солетворними оксидами, бо ці сполуки перетворюються на солі, взаємодіючи з кислотами або основами (амфотерні оксиди реагують і з кислотами, і з основами). До утворення солей також призводять реакції цих оксидів з іншими оксидами.

Кілька оксидів (N₂O, NO, CO, SiO, H₂O) не виявляють ні основних, ні кислотних властивостей. Їхня загальна назва — несолетворні оксиди (схема 16).

Класифікація оксидів

Існує відповідність між типом елемента і типом його оксиду.

Металічні елементи можуть утворювати не лише основні та амфотерні оксиди, а й кислотні. Сполуки із загальною формулою М₂O є основними оксидами. До оксидів цього типу належить і більшість сполук, склад яких відповідає формулі МО. Оксиди М₂О₃ і МО₂ переважно є амфотерними, а сполуки М₂О₅, МО₃ і М₂О₇ належать до кислотних оксидів.

Деякі металічні елементи утворюють оксиди всіх трьох типів. Так, для Хрому відомі основний оксид СrО, амфотерний — Сr₂О₃ і кислотний — СrО₃. Як бачимо, зі зростанням ступеня окиснення металічного елемента основні властивості його оксидів послаблюються, а кислотні властивості посилюються.

Неметалічні елементи утворюють кислотні й несолетворні оксиди.

Основні та амфотерні оксиди складаються з йонів, а кислотні та несолетворні — з молекул, іноді — з атомів.

Основи — сполуки, утворені йонами металічних елементів М n + і гідроксид-аніонами ОН – . Основи поділяють на розчинні у воді (їх називають лугами) і нерозчинні. Луги хімічно активніші за нерозчинні основи, які не реагують із солями, деякими слабкими кислотами і кислотними оксидами, а при нагріванні розкладаються.

Кислоти — сполуки, до складу молекул яких входять один або кілька атомів Гідрогену, здатних під час хімічних реакцій заміщуватися на атоми (йони) металічних елементів. Частину молекули кислоти — атом або групу атомів, що сполучені з атомом (атомами) Гідрогену, — називають кислотним залишком. Кислоти поділяють за складом на безоксигенові (Η_nA) та оксигеновмісні (Н_mЕО_n), на одно- і багатоосновні, а за хімічною активністю — на сильні, слабкі і кислоти середньої сили.

Розрізняти луги і кислоти у розчинах допомагають речовини-індикатори (мал. 75).

Мал. 75. Забарвлення індикаторів: у розчині кислоти (а), воді (б), розчині лугу (в)

Амфотерні гідроксиди — сполуки, подібні до основ за складом, але із двоїстим хімічним характером. Вони взаємодіють з кислотами як основи, а з лугами — як кислоти.

Основні властивості в амфотерних гідроксидів виявляються краще, ніж кислотні. Наприклад, ферум(ІІІ) гідроксид Fe(OH)₃досить швидко взаємодіє з розбавленим розчином сильної кислоти, а з розбавленим розчином лугу реагує повільно й не зазнає повного перетворення.

Основи, амфотерні гідроксиди й оксигеновмісні кислоти іноді об’єднують у групу сполук, загальна назва яких — «гідрати оксидів» (тобто сполуки оксидів з водою 1 ). Використовують також скорочену назву «гідроксиди». Підставою для цього є наявність у формулах сполук гідроксильних груп ОН. Якщо формули основ і амфотерних гідроксидів M(OH)_n містять такі групи, то у формулах оксигеновмісних кислот Н_mЕО_n їх можна виокремити: H₂SO₄ ⇒ SO₂(OH)₂.

1 Вода з грецької — hydör.

Солі — сполуки, які складаються з катіонів металічних елементів і аніонів кислотних залишків. Сіль є продуктом реакції між речовиною з основними властивостями і речовиною з кислотними властивостями.

Будова неорганічних речовин. Прості речовини складаються з атомів або молекул. Неметали мають атомну або молекулярну будову; атоми в цих речовинах, їхніх молекулах сполучені неполярними ковалентними зв’язками. Лише в інертних газах зв’язки між атомами відсутні.

Метали складаються з атомів, які розміщені дуже щільно. Електрони легко переходять від одних атомів до інших і зумовлюють у речовині так званий металічний зв’язок. Рухливі електрони надають металам здатність проводити електричний струм, спричиняють особливий («металічний») блиск, високу теплопровідність.

Складні неорганічні речовини мають йонну, молекулярну, іноді — атомну будову. Із йонів складаються основні та амфотерні оксиди, основи, солі.

• Запишіть формули катіонів і аніонів, які містяться в кожній із таких сполук: К₂О, Ва(ОН)₂, MgS, Са₃(РО₄)₂, Cr(NO₃)_3.

Кислотні та несолетворні оксиди, а також кислоти мають молекулярну будову. Оскільки в молекулах цих речовин сполучені один з одним атоми різних елементів, ковалентні зв’язки в них є здебільшого полярними.

• Зобразіть графічні формули молекул Сl₂О і НСlО₃. Покажіть стрілками у цих формулах зміщення електронних пар ковалентних зв’язків і вкажіть ступені окиснення всіх елементів.

ВИСНОВКИ

До неорганічних речовин належать прості речовини (метали, неметали), а також багато складних речовин, які поділяють на класи. Найважливішими класами неорганічних сполук є оксиди, основи, кислоти, амфотерні гідроксиди, солі.

За хімічними властивостями оксиди поділяють на солетворні та несолетворні, а солетворні оксиди — на основні, кислотні й амфотерні.

Прості речовини складаються з атомів або молекул, а складні неорганічні речовини — з молекул або йонів.

• 296. Заповніть таблицю, записавши у відповідні колонки формули оксидів Lі₂О, Ag₂O, Сl₂O₇, MgO, РbО, Аl₂O₃, SiO₂, ZnO, SO₂, CrO₃:

Основні класи неорганічних сполук

До неорганічних сполук відносять всі поєднання хімічних елементів, які не містять вуглець. Більшість відомих сполук є органічними, проте відомо близько 20 мільйонів тих, які належать до класу неорганічних. Величезна кількість викликає необхідність їх класифікації, тобто поділу на групи.

Кожна з цих речовин має свої характеристики, і тому можна виділити основні класи неорганічних сполук. Для кожної з них характерні різні здатності до взаємодії з іншими речовинами, свої властивості. Хімія, класи неорганічних сполук в якій займають важливе місце, розглядає їх класифікацію з кількох точок зору.

Класифікація неорганічних речовин

Можна виділити кілька категорій, за якими поділяються класи неорганічних сполук. У відповідності зі своєю будовою вони можуть бути простого і складного складу. Прості речовини складаються з атомів одного виду. Вони можуть бути металами і неметалами. У деяких джерелах можна зустріти інформацію, що до простих речовин відносять також благородні гази і амфотерні прості речовини.

Характеристика металів

Атоми металевих з’єднань пов’язані між собою за допомогою особливої металевої зв’язки, утворюючи кристалічну мережу. Іони металів пов’язуються між собою, утворюючи електронну хмару.

Кристалічна мережа створюється усіма металами, і цим обумовлені загальні властивості більшості цих простих неорганічних речовин. Наприклад, такими властивостями є висока теплопровідність, пластичність, міцність, непрозорість, висока електропровідність.

Неметали

Неорганічні сполуки неметалевої природи відрізняються великим різноманіттям. У цій групі можна зустріти речовини у твердому, рідкому і газоподібному стані. Прикладом твердого неметалла може служити сірка, фосфор і т. д.; газоподібного – водень, хлор; рідкого – бром.

Газоподібні неметали зазвичай існують у природі у вигляді двоатомних молекул, крім благородних газів, які існують у вигляді одноатомних. Рідкі неметали також часто мають молекулярну будову. Тверді речовини найчастіше утворюють кристалічну мережу, тобто мають немолекулярну будову.

Складні неорганічні речовини

Найчастіше можна зустріти класифікацію складних речовин за будовою. Тому найважливіші класи неорганічних сполук виглядають наступним чином:

• кислоти;
• підстави;
• амфотерні гідроксиди.

Деякі джерела виділяють кислоти, основи і амфотерні гідроксиди як самостійні пункти класифікації, однак у зв’язку з тим, що і перші, і другі, і треті є результатом взаємодії оксидів з водою, всі ці категорії відносять до гидроксидам.

Оксиди

Оксиди є речовинами, які мають у своєму складі 2 елемента (або більше), причому один з них – це обов’язково кисень. Загальна формула оксидів має вигляд ЕхОу.

В залежності від того, як оксиди взаємодіють з іншими речовинами, їх поділяють на 3 категорії: амфотерні, кислотні і основні.

Властивості класів неорганічних сполук мають значення при визначенні можливих реакцій з їх участю. Так, амфотерними є ті оксиди, які при вступі в реакцію з кислотами і основами утворюють солі і воду. При вступі в реакцію з водою дані сполуки можуть володіти кислотними і основними властивостями, тобто утворювати як кислоти, так і основи. До амфотерних відносять сполуки алюмінію, хрому III, берилію, заліза III, цинку. Кислотні оксиди вступають в реакцію з водою і утворюють кислоту, а при взаємодії з основами – солі. Основні оксиди в реакції з водою утворюють освнови, а з підставами – теж солі.

Згідно з іншою класифікацією, оксиди також ділять за здатністю утворювати солі на солеутворюючі і несолеутворюючі. Несолетворні оксиди утворюють кислоти, і для них неможливі реакції з утворенням солей.

Гідроксиди

Ці сполуки отримують шляхом приєднання води до оксидам або опосередковано в процесі ряду реакцій. Ті гідроксиди, що утворені основними оксидами, називають підставами, а ті, що утворюються з амфотерних оксидів, – амфотерними гідроксидами.

Кислоти

Ці складні речовини входять в основні класи неорганічних сполук, що складаються з водню і кислотного залишку. Найменування останнього дозволяє дати назву тієї чи іншої кислоті.

Кислоти як класи неорганічних сполук можуть бути одне-, двох – і трьохосновними, що залежить від кількості атомів водню в їх складі. Прикладом одноосновної кислоти служить соляна кислота (HCl), двохосновної – сірчана (H2SO4), а трьохосновної – фосфорна (H3PO4).

Кислотні залишки також мають свою класифікацію, можуть бути кисневмісних і бескисневими.

Атоми металів здатні заміщати водень в кислотах, в такому випадку виходять солі.

Поняття про солі

В основні класи неорганічних сполук входять також солі. Це продукт заміщення атомами металу водню в кислоті або гідроксильних груп основ на кислотні залишки. Солі утворюються тоді, коли різні класи неорганічних сполук взаємодіють між собою.

Залежно від ступеня заміщення атомів розрізняють середні, кислі та основні солі. Якщо відбувається повне заміщення атомів, що утворилася середня сіль, якщо часткове, то, відповідно, кисла або основна. У тому випадку, коли складу реагентів достатньо для повного заміщення, утворюється середня сіль.

Коли при взаємодії не вистачає кислоти для отримання середньої солі, говорять про отримання основної солі.

При вступі в реакцію металів з неметалами утворюється безкиснева сіль, а коли в реакцію вступає кислотний і основний оксид, отримують кислородсодержащую сіль.

Поняття про зв’язки між класами неорганічних сполук

Вище ми згадували про те, що деякі речовини отримують тільки непрямим шляхом, за допомогою декількох реакцій. Існує зв’язок між класами неорганічних сполук, про який можна говорити у зв’язку з тим, що різні складні елементи вступають в реакції між собою, утворюючи нові речовини. Наприклад, сіль утворюється при взаємодії кислот з основами. Це так званий генетичний зв’язок класів неорганічних сполук, суть якої в тому, що взаємодія відбувається між різними класами неорганічних речовин. Так, у реакції вступають основні й кислотні оксиди, основи і кислоти, метали і неметали і т. д. Основні класи неорганічних сполук, взаємодіючи, забезпечують хімічні властивості цих груп речовин.

Ось деякі з прикладів, що підтверджують генетичний зв’язок між різними класами сполук:

• Метали при взаємодії з неметалами утворюють солі.
• Метали при взаємодії з киснем утворюють оксиди.
• Неметали, відповідно, утворюють у реакції з киснем оксиди неметалів.
• Основні і амфотерні оксиди, вступаючи в реакцію з кислотами або кислотними оксидами, утворюючи солі.
• Кислотні оксиди утворюють солі при реакції з підставами або основними оксидами.
• Кислотні оксиди вступають в реакцію з водою і утворюють кислоти.
• Підстави, вступаючи в реакцію з амфотерними гідроксидами, утворюють солі.

Таким чином, ділення на класи неорганічних сполук дозволяє згрупувати їх величезна кількість і визначити принципи їх взаємодії між собою та іншими речовинами. Крім того, подібна угруповання сприяє більш легкому засвоєнню і запам’ятовуванню властивостей різних неорганічних сполук.