В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии, страница 10

Рис. 2.1. Классификация химических веществ Простейшие связи такого рода выглядят следующим образом: о, н,о кислота металл — основный оксид — основание — соль Са+ 10з = СаО, СаО+ НзО = Са(ОН)о, ЗСа(ОН)з + 2НзРО4 = Саз(РО4)з + 6НтО. Э 2.1. Классификация неорганических соединений 47 В основном оксиде и соответствующем ему основании степень окисления металла — одна и та же; о, н,о основвнне неметалл — кислотный оксид:-н кислота — — соль 4Р+ 50а = Р401о. Р40ю + бНаО = 4НзР04, 2НзРО4+ ЗСа10Н)з = Саз1Р04)а + 6НоО. В кислотном оксиде и соответствуюшей ему кислоте степень окисления элемента — одна и та же. Сушествуют и другие способы классификации неорганических веществ.

Так, любое неорганическое вешество по строению можно отнести к одному из четырех основных типов. 1. Вещества молекулярного строения состоят из молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными связями. Атомы в молекулах связаны между собой ковалентными связями. Молекулярные вещества представляют собой газы, жидкости или летучие твердые вещества. 2. Ковалентные атомные вещества состоят из атомов, связанных ковалентными связями.

Атомы объединены в практически бесконечные цепочки, сетки или трехмерные структуры, число ближайших соседей атома равно его валентности. Благодаря большому числу прочных связей атомные вещества обычно очень тугоплавки. 3. Основу солеобразных (ионных) веществ составляют ионы — как простые, образованные только одним элементом, так и сложные. Основный тип связи — ионный, с некоторым вкладом ковалентного.

В состав большинства солеобразных веществ входят элементы, сильно отличающиеся по электроотрицательности. Большинство солеобразных веществ представляют сооой кристаллы, в которых ионы образуют кристаллическую решетку, а каждый ион окружен ионами противоположного знака. Число этих ионов (координационное число) составляет от 4 до 12 и не совпадает с формальной валентностью элементов.

4. К веществам с металлическим типом связи относятся простые вешестваметаллы, а также интерметаллиды и некоторые соединения металлов с неметаллами. Большинство из них (за исключением простых веществ) имеет сложный стехиометрический состав, не соответствующий формальной валентности, например ГетМов или 1 1аМд51з. Интересно, что одно и то же вещество может относиться к различным типам, в зависимости от агрегатного состояния. Так, хлорид фосфора РС1з в газовой фазе состоит из молекул, а в твердой — из ионов, РС14 и РС!в . Все химические реакции с участием неорганических веществ можно разделить на два класса: окислительно-восстановительные и протекающие без изменения степеней окисления (рис. 2.2). Последние часто можно отнести к кислотно-основному типу'.

В окислительно-восстановительных реакциях происходит перенос электронов от восстановителя к окислителю, а в кислотно-основных — перенос иона водорода Н+ 1протона) от кислоты к основанию. Можно сказать, что важнейиеую роль в неорганической химии играют самые легкие частицы — электрон и протон. 'Хотя, например, обменные реакции между солями в водном растворе не являются кислотно-основными. Их движущая сила — не перенос протона, а связывание ионов в нерастворимое соединение. 48 Гл.

2. Основные классы неорганических соединений восстаяовитель кислота ~н' окислитель основание Рис. 2.2. Классификация реакций между неорганическими веществами Перейдем к описанию классов неорганических соединений. Для каждого из них мы рассмотрим классификацию, общие способы получения и важнейшие химические свойства. Свойства конкретных элементов и соединений будут рассмотрены в главах б и 7. 2 2.2. ОКСИДЫ Оксидьс — неорганические соединения, образованные атомами двух элементов, 1 один из которых — кислород в степени окисления -2. Такие соединения кислород образует со всеми элементами, кроме фтора и легких инертных газов.

У фтора нет оксида — соединение Огз, в котором у кислорода степень окисления +2, считают не оксидом фтора, а фторидом кислорода. К оксидам также не относят соединения, в которых атомы кислорода связаны друг с другом. Примерами таких соединений служат пероксиды НзОю МазОз, ВаОз (степень окисления кислорода — 1), надпероксид калия КОз (степень окисления кислорода — 1/2), озонид калия КОз (степень окисления кислорода -1/3). Все эти соединения, за исключением перекиси водорода НзОз, представляют собой ионные кристаллы, образованные ионами металла и молекулярными ионами кислорода.

Все оксиды, в которых элемент проявляет постоянную валентность, описываются общей формулой ЙзО„, где  — обозначение элемента, п — его валентность. В случае четного п эта формула равна удвоенной эмпирической формуле оксида. Большинство оксидов неметаллов имеют молекулярное строение. Исключение составляют оксиды атомного строения 31Оз и ВзОз, а также оксид азота (Ч), который в твердом виде состоит из ионов: ХОз 140 . Оксиды металлов имеют ионное или атомное строение По химическим свойствам оксиды подразделяют, в первую очередь, на солеобразующие и несолеобразующие (рис. 2.3). Последних немного — МзО, МО. Соле- образующие оксиды подразделяют на кислотные, основные и имеющие промежуточный характер — амфотерные. Основные оксиды — оксиды типичных металлов, которым соответствуют основания.

Кислотные оксиды — оксиды неметаллов или переходных металлов в высших степенях окисления, при контакте которых с водой образуются кислоты. Амфотерные оксиды обладают как кислотными, так и основными свойствами. К ним относятся А1тОз, ВеО, ХпО и оксиды переходных металлов в промежуточных степенях окисления. Некоторые оксиды, в состав которых входят атомы элементов с разной валентностью, имеют солеобразный характер, поэтому в классификации они заслужива- 9 2.2. Оксидьг 49 ют отдельного места. Так, оксид железа Гез04 формально можно рассматривать как соль железа (Н) и кислоты Нреог.

Ге(геог)г. Маго, Сао А1гоз, Хпо, Вео Воз, Сог, Мгоз Рис. 2.3. Классификация оксидов по кислотно-основным свойствам В классификации оксидов довольно отчетливо проявляется периодичность свойств элементов. Так, в периодах с увеличением порядкового номера характер оксидов и соответствующих им гидроксидов монотонно меняется от основного до кислотного, через амфотерный (табл. 2.1).

Это подтверждает, что основные оксиды соответствуют типичным металлам, кислотные — типичным неметаллам. Таблица 2Л. Кислотно-основный характер оксидов и гидроксидов элементов 3-го периода 810г мко А!гоз Ргоз С1гог 1г1аго Яоз кислотный оксид основный окснд основный оксид амфотерный окснд кислотный оксид кислотный оксид кислотный оксид Нс10г мк(он), А1(ОН)з НгЯОг Нг810з Нзроз МаОН очень сильная кислота очень слабая кислота слабое основание амфотерный гидроксид сильная кислота сильное основание средней силы кислота Характер оксида зависит от степени окисления элемента (табл. 2.2). С увеличением степени окисления усиливаются кислотные свойства оксидов и ослабевают основные.

Так, низким степеням окисления +! или +2 соответствуют преимущественно основные (у металлов) или несолеобразующие (у неметаллов) оксиды, высоким степеням окисления, от +5 до +8 — кислотные оксиды (как у металлов, так и у неметаллов), а оксиды переходных металлов в промежуточных степенях окисления имеют амфотерный характер. Номенклатура оксидов довольно проста. В названии после слова «оксид> следует название элемента с указанием его валентности римскими цифрами, например: Бог — оксид серы (1Ч), Сгоз — оксид хрома (Ч1). У элементов постоянной валентности последнюю не указывают, например Вао — оксид бария.

В химическом языке до сих пор сохранились и другие наименования оксидов, отражающие их состав без указания валентности: Сог — диоксид углерода, СΠ— монооксид углерода. Кислотные оксиды иногда называют ангидридами соответствующих кислот 50 Гл. 2. Основные классы неорганических соединений (дословно — «обезвоженная кислотаа), например: 30з — серный ангидрид, 50з— сернистый ангидрид, Р«01о — фосфорный ангидрид. Таблица 2.2. Зависимость свойств оксидов марганца от его степени окисления Мпо (не сущ.) Формула оксида МпзОт МпО« МпО Мп«0« Степень окис- ления Мп кислотный (гипотетич.) Характер оксида кислотный основный Общие способы получения оксидов основаны на сжигании простых и сложных веществ, обезвоживании кислот или оснований и термическом разложении солей. 1.

Окисление простых веществ. При сжигании металлов образуются основные оксиды, неметаллов — кислотные: 2Сп + Оз = 2СпΠ— основный оксид, 8+ Оз = БОз — кислотный оксид. Этот метод неприменим для щелочных металлов, которые при окислении обычно дают пероксиды. 2. Окисление сложных веществ. Многие металлы существуют в природе в виде сульфидов. При их сжигании в кислороде или на воздухе образуются два оксида— металла (основный) и серы (!'чг) (кислотный): 4РеЯз + 110з = 2РезОз + 830з, 2Сп8+ 30з = 2СпО+ 280з. Метод неприменим для сульфидов активных металлов, окисляющихся до сульфатов.

3. При обезвоживании кислот образуются их ангидриды — кислотные оксиды. Обезвоживание осуществляют либо при нагревании, либо под действием фосфорного ангидрида — очень сильного водоотнимающего средства: Нз510з = Я~Оз + НзО, 2Н)ч)Оз + РзОь = )ч)зОз + 2НРОз 4. Гидроксилы металлов при нагревании отщепляют воду и превращаются в основные или амфотерные оксиды: Мп(ОН)з = МдО+ НзО(, 2А!(ОН)з = А!зОз + ЗНзО!. Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.