§ 25. Амфотерні гідроксиди. Їхні фізичні й хімічні властивості

Ми також говорили, що амфотерні оксиди й гідроксиди утворюють металічні елементи зі ступенем окиснення +3 (рідше +2 і +4). Приклади амфотерних гідроксидів:

Відповідні їм оксиди також амфотерні (див. § 19).

Згадаємо, що металічні елементи, які утворюють амфотерні оксиди й гідроксиди, розташовані в Періодичній системі між типовими металічними й неметалічними елементами. Таким чином, властивості елементів у періодах змінюються не стрибком, а поступово.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Амфотерні гідроксиди нерозчинні у воді. Фізичні властивості в них такі самі, як і в нерозчинних основ.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

• Амфотерні сполуки мають особливість: вони проявляють властивості як кислот, так і основ залежно від того, з якою речовиною вони реагують.

Так, реагуючи із сильною кислотою, вони проявляють основні властивості, а під час реакції із сильною основою — кислотні.

Розберемо ці положення на конкретному прикладі. Алюміній гідроксид — амфотерна речовина. Щоби довести його амфотерність, слід провести реакції і з кислотою, і з основою.

Дослід

Якщо до осаду Al(OH)₃ додати кислоти, то відбудеться реакція й осад розчиниться, але якщо додати концентрований розчин лугу, то осад розчиниться також!

1. Взаємодія з кислотами

Взаємодія Al(OH)₃ з кислотою відбувається так само, як і будь-якої іншої основи, у результаті утворюються сіль і вода:

Аналогічно перебігає реакція з Zn(OH)₂:

2. Взаємодія з лугами

Взаємодія з лугами може відбуватися по-різному. Реакції в розчинах і розплавах призводять до утворення різних продуктів.

Взаємодія в розплаві

Розглянемо випадок, коли реакція відбувається в розплаві. Оскільки в реакції з лугом Al(OH)₃ є кислотою, запишемо його формулу як формулу кислоти:

Згадаємо, що нерозчинні основи у процесі нагрівання розкладаються, а оскільки речовини, за умовою, реагують у розплавленому стані, то від сполуки H₃AlO₃ відщеплюється молекула води:

Тоді рівняння виглядає так:

Відбувається реакція обміну між амфотерним гідроксидом — алюмінієвою кислотою — й основою.

Зазвичай цю реакцію записують так:

Завдання

Порівняйте ці реакції та реакції взаємодії амфотерних оксидів із лугами (див. § 21).

Під час сплавляння амфотерних гідроксидів із меншим числом гідроксигруп відщеплення молекули води не відбувається:

Тут можна представити Zn(OH)₂ як H₂ZnO₂, відповідно, утворюється сіль Na₂ZnO₂ — натрій цинкат.

Взаємодія в розчині

Якщо реакція відбувається в розчині лугу, то утворюються солі більш складної будови:

Більш докладно ви будете вивчати такі солі у старших класах.

— Так що, виявляється, із Al(OH)₃можна одержати AlCl₃, і NaAlO₂, і Na[Al(OH)₄]?

— Дійсно, це так. В одній солі Al — катіон, в інших — у складі аніона.

— Так ніхто й не обіцяв, що буде дуже легко й просто.

3. Розклад під час нагрівання

Амфотерні гідроксиди, так само як і інші нерозчинні гідроксиди, розкладаються під час нагрівання:

Отже, ми ознайомилися з хімічними властивостями дивних речовин — амфотерних сполук, які залежно від другого реагенту можуть поводитися і як кислоти, і як основи й утворювати солі різного складу.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1. У чому особливість хімічних властивостей амфотерних сполук?

2. З якими речовинами слід провести реакції, щоби довести амфотерні властивості гідроксиду або оксиду?

3. Де в Періодичній системі Д. І. Менделєєва розташовані елементи, які утворюють амфотерні сполуки?

4. До амфотерних оксидів належить:

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Тільки амфотерні гідроксиди розташовані в ряді:

2. Укажіть, з якою речовиною взаємодіють і HNO₃, і KOH:

3. Дано речовини: KOH, FeCl₃, H₂SO₄. З якими з них можуть взаємодіяти:

• а) натрій гідроксид;
• б) купрум(ІІ) гідроксид;
• в) цинк(ІІ) гідроксид?

Напишіть відповідні рівняння реакцій.

4. Наведіть приклади реакцій, що доводять основний характер речовин BaО і Ba(OH)₂.

5. Наведіть приклади реакцій, що доводять кислотний характер оксиду SO₃ і його гідрату.

6. Наведіть приклади реакцій, що доводять амфотерний характер речовин ВеО і Be(OH)₂(реакції відбуваються аналогічно сполукам Цинку).

7. Установіть відповідність між формулою речовини та характером їх сполук.

• 1) Амфотерний оксид
• 2) Основний оксид
• 3) Сіль
• 4) Луг
• 5) Амфотерний гідроксид
• 6) Кислотний оксид

8. Є наважка алюміній гідроксиду масою 56 г. Обчисліть маси:

• а) хлоридної кислоти,
• б) розчину натрій гідроксиду, необхідних для повного розчинення алюміній гідроксиду.

9. Потрібно одержати 40 г цинк(ІІ) оксиду. Яку масу цинк гідроксиду треба розкласти для цього?

Амфотерні метали та їх властивості

Амфотерні метали – це прості речовини, які за структурою, хімічним і фізичним властивостям схожі з металевою групою елементів. Самі по собі метали не можуть проявляти амфотерних властивостей, на відміну від їхніх сполук. Наприклад, оксиди та гідроксиди деяких металів володіють подвійною хімічною природою – в одних умовах вони поводяться як кислоти, а в інших мають властивості лугів.

Основні амфотерні метали – це алюміній, цинк, хром, залізо. До цієї ж групи елементів можна віднести берилій і стронцій.

Що таке амфотерность?

Вперше це властивість було виявлено досить давно. А термін «амфотерні елементи» був введений в науку в 1814 році відомими хіміками Л. Тенаром і Ж. Люссаком. У ті часи хімічні сполуки прийнято було розділяти на групи, які відповідали їх основним властивостями під час реакцій.

Тим не менш, група оксидів і підстав володіла подвійними здібностями. У деяких умовах такі речовини вели себе як луги, в інших же, навпаки, діяли як кислоти. Саме так і виник термін «амфотерность». Для таких хімічних речовин поведінку під час кислотно-основної реакції залежить від умов її проведення, природи беруть участь реагентів, а також від властивостей розчинника.

Цікаво, що в природних умовах амфотерні метали можуть взаємодіяти як з лугом, так і з кислотою. Наприклад, під час реакції алюмінію з сульфатною кислотою утворюється сульфат алюмінію. А при реакції цього ж метала з концентрованою лугом утворюється комплексна сіль.

Амфотарні підстави та їх основні властивості

За нормальних умов це тверді речовини. Вони практично не розчиняються у воді і вважаються досить слабкими електролітами.

Основний метод отримання таких підстав – це реакція солі металу з невеликою кількістю лугу. Реакцію осадження потрібно проводити повільно і обережно. Наприклад, при отриманні гідроксиду цинку в пробірку з хлоридом цинку обережно, краплями додають їдкий натр. Щоразу потрібно несильно струшувати ємність, щоб побачити білий осад металу на дні посуду.

З кислотами і кислотними оксидами амфотерні речовини реагують як підстави. Наприклад, при реакції гідроксиду цинку з соляною кислотою утворюється хлорид цинку.

А ось під час реакцій з підставами амфотерні підстави поводяться як кислоти.

Крім того, при сильному нагріванні амфотерні гідроксиди розкладаються з утворенням відповідного амфотерного оксиду і води.

Найпоширеніші амфотерні метали: коротка характеристика

Цинк відноситься до групи амфотерних елементів. І хоча сплави цієї речовини широко використовувалися ще в древніх цивілізаціях, в чистому вигляді його змогли виділити лише в 1746 році.

Чистий метал являє собою досить крихке речовина блакитного кольору. На повітрі цинк швидко окислюється – його поверхня тьмяніє і покривається тонкою плівкою оксиду.

У природі цинк існує переважно у вигляді мінералів – цинкіту, смітсоніту, каламітів. Найвідоміше речовина – це цинкова обманка, яка складається з сульфіду цинку. Найбільші родовища цього мінералу знаходяться в Болівії і Австралії.

Алюміній на сьогоднішній день вважається найбільш поширеним металом на планеті. Його сплави використовувалися впродовж багатьох століть, а в 1825 році речовина було виділено в чистому вигляді.

Чистий алюміній являє собою легкий метал сріблястого кольору. Він легко піддається механічній обробці і литтю. Цей елемент має високу електро- і теплопровідністю. Крім того, даний метал стійкий до корозії. Справа в тому, що поверхня його вкрита тонкою, але дуже стійкою оксидною плівкою.

На сьогоднішній день алюміній широко застосовується в промисловості.