Лекция (6) (Презентации лекций)

Лекция 6Номенклатураи химические свойстваосновных классовнеорганических веществПлан лекции1. Классификация и закономерности протеканияхимических реакций. Устойчивость соединений.2. Классификация неорганических веществ. Переходымежду классами.3. Основные классы бинарных соединений.

Комплексныесоединения, кластеры.4. Оксиды, их классификация и химические свойства.Амфотерность.5. Кислоты, их классификация, номенклатура ихимические свойства. Кислоты-окислители.6. Химические свойства гидроксидов (оснований).7. Соли, их классификация, номенклатура и химическиесвойства.Неорганическая химия - наука о химическихэлементах и образуемых ими простых и сложныхвеществах, за исключением органическихсоединенийГлавные разделы:• Теоретическая• Синтетическая• ПрикладнаяРазделы по изучаемым объектам:• Химия отдельных элементов• Химия групп элементов(щелочных металлов, галогенов,…)• Химия определенных соединенийтех или иных элементов(силикатов, пероксидов,…)• Химия соединений, близких посвойствам (тугоплавких,интерметаллидов, полимеров,…)Всего известно около 1 000 000 неорганическихсоединений, из них около 400 простых веществГлавная классификация сложныхнеорганических соединенийОксидыНесолеобразующиеNO, N2OСолеобразующиеКислотыОснования(Гидроксиды)БескислородныеHCl, HCNКислородсодержащиеH2SO4, HClO4АмфотерныеBa(OH)2ЩелочиNaOHСолиСредниеMgSO4КислыеNaHCO3ОсновныеFe(OH)ClОсновныеNa2O, CaOКислотныеSO3, P2O5, CrO3АмфотерныеAl2O3, Cr2O3, ZnOАквокислоты [Fe(OH2)6]3+Гидроксокислоты Si(OH)4Оксокислоты HClO2Переходы между основными классаминеорганических соединений2Ca + O2 = 2CaOCaO + H2O = Ca(OH)24P + 5O2 = 2P2O5P2O5 + 3H2O = 2H3PO43Ca(OH)2 + 2H3PO4 == Ca3(PO4)2 + 6H2OКлассификация химических реакций - 1По составу реагентов и продуктов: СоединенияA+B+C=D2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 РазложенияA=B+C+DMgCO3 = MgO + CO2 ЗамещенияA + BC = AB + CZn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ ОбменаAB + CD = AD + CBAgNO3 + KBr = AgBr + KNO3 ПереносаAB + BC = A + B2CH2O + 2NO2 = HNO2 + HNO3По типу переносимых частиц: ПротолитическиеNH3 + H2O = NH4+ + OH− Окислительно-восстановительныеZn + 2H+ = Zn2+ + H2↑По агрегатному состоянию реакционной смеси: ГазофазныеH2(г.) + Cl2(г.) = 2HCl(г.) В раствореNaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(ж.) ТвердофазныеCaO(тв.) + SiO2(тв.) = CaSiO3(тв.)Классификация химических реакций - 2По фазовому составу реакционной смеси: Гомогенные3H2(г.) + N2(г.) = 2NH3(г.) ГетерогенныеCO2(г.) +CaO(тв.) = CaCO3(тв.)По тепловому эффекту: ЭкзотермическиеCO(г.) + H2O(г.) = CO2(г.) + H2(г.);∆rH°= −41 кДж ЭндотермическиеCO2(г.) +CaO(тв.) = CaCO3(тв.);∆rH°= +182 кДжПо возможности протекания в обратном направлении: ОбратимыеCH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O Необратимые2KClO3 2KCl + O2↑Константа равновесия химической реакцииРеакция синтеза аммиака (газовая фаза)3H2(г.) + N2(г.) = 2NH3(г.)K P (T ) =2PNH3PH32 PN 2Реакция окисления сульфита натрия перманганатом калияв нейтральной среде (водный раствор)2MnO4−(aq) + 3SO32−(aq) + H2O(ж.) =2MnO2(тв.) + 3SO42−(aq) + 2OH−(aq)[SO 24− ]3[OH − ]2K c (T ) =[MnO 4− ]2 [SO 32− ]3Направление самопроизвольногопротекания химической реакцииA+B=C∆rG = ∆rH − T∆∆rSРеакцияЭнергия Гиббса реакцииT = const∆ r G = Gсмеси (t 2 ) − Gсмеси (t1 )Изменение энергии Гиббса помере протекания реакции∆ r G° = G°(C) − G°(A) − G°(B)Изменение стандартнойэнергии Гиббса в реакции∆ rG < 0A+B→C∆ r G° < 0K >1∆ rG > 0A+B←C∆ r G° > 0K <1Истинный критерий приT,P = const∆ r G° = − RT ln KПрактический критерийпри T,P = constСтандартная энергия Гиббса реакциии ее связь с константой равновесия KТермодинамическая устойчивость(стабильность) соединенияВсегда необходимо указывать реакцию, по отношениюк которой рассматривается устойчивость соединения!Реакция, обратная реакции образования:MnCl3(тв.) = Mn(тв.) + 3/2Cl2(г.) ∆ r G° ≡ −∆ f G°(MnCl3 ) > 0Реакция разложения:MnCl3(тв.) = MnCl2(тв.) + 1/2Cl2(г.) ∆ r G° < 0Очень медленная реакция:∆ r G° = −818 кДж / мольCH4(г.) + 2O2(г.) = CO2(г.) + 2H2O(ж.)Очень быстрая реакция:∆ r G° ≈ 0КомнатнаятемператураFe(H2O)62+(aq) + D2O(ж.) = Fe(H2O)5(HDO)2+(aq) + HDO(ж.)ЭнергияКинетическая устойчивость соединенияАктивированный комплекс(A•••B•••C)‡aA + bB + cC + … ПродуктыСкорость реакции = k[A]na [B]nb [C]nc ...Eакт.k = Ae−Eакт.RTРеагентыA + BCПромежуточныйпродуктПродуктыAB + CКоордината реакцииКлассификация по строениюи типу химической связи - 1Отчетливые границы между данными классами отсутствуют!Молекулярные вещества: Атомы соединены ковалентными связями в молекулы.

Между молекулами – ван-дер-ваальсовы взаимодействияи водородные связи.Ковалентные атомные вещества: Атомы соединены ковалентными связями в бесконечныесетки или трехмерные структуры. Образуются при небольшом различии ЭО атомов. Число ближайших соседей атома равно его нормальнойвалентности.Классификация по строениюи типу химической связи - 2Солеобразные (ионные) вещества: Тип связи ионный с вкладом ковалентного. Каждый ион окружен большим количеством противоионов (4÷12),превышающим нормальную валентность соответствующего атома. Ионы могут быть образованы как одним атомом (K+, I), так и группойатомов (молекулярные ионы: NH4+, ClO4).Газовая фаза -молекулы PCl5Кристаллионы PCl4+, PCl6-Одно и то же вещество вразличных агрегатныхсостояниях может иметьразный тип связи.Вещества с металлическим типом связи: Металлы и соединения металлов друг с другом (интерметаллиды).

Некоторые соединения металлов с неметаллами (H, N, C, B, P, O, Si). Большинство имеет сложную стехиометрию (Fe7Mo6, Li8MgSi6 ). Число ближайших соседей каждого атома обычно превосходит еготипичную валентность (до 16).Классификация по составу1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.Кислородсодержащие кислоты и их солиБескислородные кислоты и их солиОксиды, пероксиды, супероксиды и озонидыГидроксидыГидридыГалогенидыХалькогенидыНитриды, фосфиды и арсенидыКарбиды и силицидыКомплексные соединенияСоединения со связями металл-металл (кластеры)ИнтерметаллидыОксиды: классификацияпо типу химической связиМолекулярного строения - с типичными неметаллами:SO2SO3ClO2P2O5H2OCOСО2NO2N2Oоксид серы (IV)оксид серы (VI)оксид хлора (IV)оксид фосфора (V)оксид водородаоксид углерода (II)оксид углерода (IV)оксид азота (IV)оксид азота (I)диоксид серы, сернистый газтриоксид серы, серный ангидриддиоксид хлорафосфорный ангидридводамонооксид углерода, угарный газдиоксид углерода, углекислый газдиоксид азотазакись азотаСолеобразные (ионные) - с типичными металлами:K2OВаOFeOоксид калияоксид барияоксид железа (II)Ковалентные атомные:SiO2B2O3оксид кремнияоксид бораСмешанныеоксиды-галогенидынеметалловГалогенидыСоединения галогенов с менееэлектроотрицательнымиэлементамиAlCl3, AlBr3переходные междусолеобразными имолекулярнымиМолекулярного строения (неметаллов и металлов ввысоких степенях окисления):SF6BrF5SCl4SnI4TiCl4OF2HBrSOCl2POCl3фторид серы (VI)гексафторид серыфторид брома (V)пентафторид бромахлорид серы (IV)иодид олова (IV)хлорид титана (IV)фторид кислородабромоводородоксохлорид серыхлористый тионилоксохлорид фосфораСолеобразные (типичных металлов и прочих металловв низких степенях окисления):NaIBaI2VOCl2иодид натрияиодид барияхлорид ванадила (катион - VO2+)Получение галогенидовВзаимодействием галогена ссоответствующим веществом:2P + 5Cl2 = 2PCl52P + 3Cl2 = 2PCl32Fe + 3Cl2 = 2FeCl3(избыток Cl2)(недостаток Cl2)(в атмосфере хлора)Водные растворы галогенидовводорода (галогеноводородов)Реакцией активного металла спроявляют кислотныегалогеноводородной кислотой:свойства и их называютFe + 2HCl = FeCl2 + H2↑(в водном растворе)галогеноводороднымикислотамиГалогеноводороды - вытеснением из их солейнелетучими концентрированными кислотами:KCl + H2SO4 = HCl↑ + KHSO4KI + H3PO4 = HI↑ + KH2PO4Галогениды металловрассматривают как солисоответствующихгалогеноводородных кислотСоединения водорода сдругими элементамиГидридыBМолекулярного строения (неметаллов):NH3N2H4PH3CH4SiH4H2OHIBH3 (B2H6)Al(BH4)3аммиакгидразинфосфинметан (карбид водорода)силанвода (оксид водорода)иодоводород (иодид водорода)боран (диборан)боргидрид алюминияСолеобразные (типичных металлов):Металлоподобные (d- и f-металлов, обычнопеременного состава):CrHCrH2NiH0.6VH0.45-0.90HHBHHСодержитмногоцентровыесвязиB·····HHгидрид литиягидрид натриягидрид кальцияалюмогидрид литияLiHNaHCaH2LiAlH4HHTiFeH2H ВHHHHВAlHHHHВHHХалькогенидыСоединения серы, селена и теллура с менееэлектроотрицательными элементамиМолекулярного строения:CS2H2SP4S3сероуглеродсероводородсульфид фосфораВодные растворыхалькогеноводородовпроявляюткислотные свойства иих называютсероводородной,селеноводородной ителлуроводороднойкислотамиСолеобразные (с наименее ЭО металлами):Na2SK2Seсульфид натрияселенид калияКовалентные атомные:B2S3SiS2GeS2сульфид борасульфид кремниясульфид германияМеталлоподобные (с d- и f-металлами, частосложной стехиометрии):Zr9S2Hf2STiSсульфид циркониясульфид гафниясульфид титанаРассматриваюткак солисоответствующихкислотНитриды, фосфиды и арсенидыСоединения азота, фосфора и мышьяка сменее электроотрицательными элементамиМолекулярного строения:NH3N2H4PH3аммиакгидразинфосфинСолеобразные (с наименее ЭО металлами):K3NCa3N2K3Pсульфид натрияселенид калияфосфид калияКовалентные атомные:BNSi3N4BPAlAsнитрид боранитрид кремнияфосфид бораарсенид алюминияМеталлоподобные (с d- и f-металлами, частосложной стехиометрии):Zr9S2Hf2STiSКарбиды и силицидыСоединения углерода с металлами и менееэлектроотрицательными, чем углерод, элементамиМолекулярного строения:СН4BnCmHn+mметанкарбораны (B10C2H12)Солеобразные:Na2C2CaC2CaSiкарбид натриякарбид кальциясилицид кальцияКовалентные атомные:SiCB4Cкарбид кремния (карборунд)карбид бораМеталлоподобные:TiCCr3C2Fe3CV2Siкарбид титанакарбид хромакарбид железасилицид ванадияПолучение и свойства карбидов Карбиды получают прокаливанием металлов или ихоксидов с углем.

Ковалентные и металлоподобные карбиды с водойне реагируют. Ионные (солеобразные) карбиды разлагаются водойс образованием метана, ацетилена, метилацетилена.Al4 C3 + 12H 2 O ⇒ 4Al(OH)3 + 3CH 4Na 2 C 2 + 2H 2 O ⇒ 2NaOH + C 2 H 2Mg 2 C3 + 4H 2 O ⇒ 2Mg(OH)2 + C3 H 4КомплексыНейтральные комплексы:[Pt(NH3)2Cl2] – дихлородиамминплатина (II)[Pt(PPh3)2Cl2] – дихлоро-бис-(трифенилфосфин)платина (II)Катионные комплексы:[Cu(NH3)4]Cl2 – хлорид тетрамминмеди (II)[Co(NH3)6]SO4 – сульфат гексамминкобальта (II)Анионные комплексы:K[Pt(NH3)Cl3] – трихлороамминплатинат (II) калияK3[Fe(CN)6] – гексацианоферрат (III) калияCH2HCCH2ClPd PdClHCH2CCH2АллильныйрадикалHCH2CCH2АллильныйкарбанионH2CCHH2Cµ-дихлоро-бис-(η-аллил)дипалладий (II)Кластеры - 1Соединения со связями металл - металлOМолекулас дополнительнымилигандамиCOOCOC OCCMnMnCOCCCO COOOMn2(CO)10ДекакарбонилдимарганецКомплекс существует благодарянепосредственной связи Mn-MnC OКарбонильнаягруппаКластеры - 22-ClАнионс дополнительнымилигандамиClClReClReClЗаслоненнаяконформацияClClClRe2Cl82Октахлордиреннат-анион.Спектральные и структурныеданные показывают наличиечетверной связи Re-Re.[Cl4ReReCl4]2-Кластеры - 3CH3COOАцетат-ионCH3Соединениес мостиковымигруппамиCu2(CH3COO)4(H2O)2CH3COH2OOCOCuГидрат ацетата меди(II)Атомы меди соединенычетырьмя ацетатнымимостикамиr (Cu·····Cu) = 0.261 нмочень большое расстояниеOCuOOCCH3OH2OO C CH3ОксидыСоединения, образованные атомами двух элементов, одиниз которых - кислород в степени окисления (−2)Такие соединения кислород образует с металлами и менееэлектроотрицательными, чем кислород, неметаллами.+2OF2-+1O2F2 -дифторид кислородадифторид дикислородаК оксидам не относят соединения, в которых атомыкислорода связаны друг с другом химической связью.-1-1Na2O2 -пероксид натрияH2O2 -пероксид (перекись) водородаKO2-надпероксид (супероксид) калияK+ O OKO3-озонид калияK+ O O ONaOO NaОксиды: классификацияпо химическим свойствамОксидыНесолеобразующиеСолеобразующиеСолеобразные(двойные)Fe3O4, Pb3O4N2OОсновныеАмфотерныеКислотныеNa2O, CaOAl2O3, ZnO, BeOSO3, CO2, N2O3Солеобразующие оксиды:кислотно-основные свойства - 1Основный:• Оксид, элемент которого при образовании соли илиоснования становится катионом.• Оксид, который при растворении в воде присоединяетпротоны, т.е.