Основні класи неорганічних сполук

                              Міністерство освіти і науки України

  Медичний коледж Харківської медичної академії післядипломної освіти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               Реферат

       З Біо-Неорганічної  Хімії 

                      на тему:

«Основні класи неорганічних сполук»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                      

 

 

 

 

                                                                                                                          Виконала

                                                                                    Студентка 1 курсу

                                                                                    Групи М-13

                                                                                  Сергєєва Альона

 

 

 

 

                                     Харків-2014

ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

 

В настоящее время известно более 500 тысяч неорганических соединений, знать их формулы, названия, а тем более свойства практически невозможно. Для того чтобы легче ориентироваться в огромном многообразии химических веществ, все вещества разделены на отдельные классы, включающие соединения, сходные по строению и свойствам.

Первоначально все химические вещества делятся на простые и сложные.

Примером самой информативной классификации неорганических веществ является  Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, в которой элементы классифицируются по числу валентных электронов, по типу симметрии атомных орбиталей в валентной оболочке атома, по максимально возможным положительным и отрицательным степеням окисления, по количеству энергетических уровней, по размерам атомных радиусов и т.д.

По составу вещества подразделяются на простые и сложные. Прочные вещества – это вещества образованы атомами одного химического элемента. Водород, кислород, аргон, бром, магний, азот , золото, алмаз – все это простые вещества. Наименьшие частицы простого вещества могут проедставлять собой один атом (молекулы инертных газов, например неона Ne, гелия Не, одноатомные), содержать два атома (двухатомные молекулы водорода H2, кислорода О2) и больше двух атомов (озон О3, фосфор Р4).

Названия простых веществ обычно совпадают с названиями химических элементов, атомами которых они образованы. Например, слово «кислород» может означать как химический элемент, так и простое вещество, поэтому необходимо уметь различать эти понятия. 

Отличить понятия «химический элемент» и «простое вещество» можно при сравнении свойств простых и сложных веществ. Например, простое вещество – кислород – бесцветный газ, необходимый для дыхания, поддерживающий горение. Мельчайшая частица  простого вещества кислорода – молекула, которая состоит из двух атомов. Кислород входит в состав  оксида углерода и воды. Однако, в состав воды и оксида углерода входит химически связанный кислород, который не обладает свойствами простого вещества, в частности не может быть использован для дыхания. Например, рыбы дышат не химически связанным кислородом, входящим в состав воды, а свободным, растворенным в ней. Поэтому, когда речь идет о составе химических соединений, необходимо понимать, что в эти соединения входят не простые вещества, а атомы определенного вида, то есть соответствующие элементы.

Простые вещества подразделяются на металлы и неметаллы.

Помимо типичных металлов и неметаллов есть большая группа веществ, обладающая промежуточными свойствами, их называют металлоидами.

Сложными называют такие вещества, которые состоят из атомов разных химических элементов.  Например, оксид кальция CaO, хлорид натрия NaCl, серная кислота H2SO4.

Сложные вещества подразделяются на четыре класса химических соединений: оксиды, основания, кислоты и соли. Эта классификация разработана выдающимися химиками XVIII–XIX веков Антуаном Лораном Лавуазье, Михаилом Васильевичем Ломоносовым, Йёнсом Якобом Берцелиусом, Джоном Дальтоном.

 

 

  

         Оксиды , основания, кислоты и соли – это важнейшие  классы неорганических соединений. Зная особенности классов соединений, можно охарактеризовать свойства  отдельных их представителей.

 

 

 

                                                    Оксиды

 

     Оксиды - это соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2.

Состав оксидов выражается общей формулой: 

 

 

 где x – число атомов элемента, у – число атомов кислорода.

      Числовые значения  х и у определяется степенью окисления элементов.

 

Примеры формул оксидов: MgO, Na2O, P2O5.

 

       В названиях  оксидов вначале указывают слово оксид в именительном падеже (от латинского названия кислорода «оксигениум»), а затем – название элемента в родительном падеже:

        MgO - оксид магния,           Al2O3 – оксид алюминия.

      Если элемент образует  несколько оксидов, то после названия  элемента  в скобках  римской  цифрой указывается численное  значение его степени окисления:

       FeO    – оксид железа (II) (читается: «оксид железа два»)

       Fe2O3 – оксид железа (III) (читается: «оксид железа три»)

       СО     – оксид углерода (II) (читается: «оксид углерода два»)

       СО2   –  оксид углерода (IV) (читается: «оксид углерода четыре»)

    Оксиды      

 

 

 

 

2.1 Классификация оксидов.

         Оксиды  делятся на две группы: солеобразующие  и несолеобразующие, а каждую  из групп, в свою очередь, подразделяют  на несколько подгрупп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

Несолеобразующие оксиды - это оксиды, которые не взаимодействуют ни с кислотами , ни со щелочами и не образуют солей.

         Солеобразующие  оксиды  - это оксиды, которые взаимодействуют  с кислотами или щелочами с  образованием солей и воды. Солеобразующие  оксиды делятся на основные, кислотные, амфотерные.

По агрегатному состоянию оксиды делятся на твердые (CaO, MgO,  SiO2, P2O5), жидкие (SO3, H2O, Cl2O7) и газообразные ( CO2, N2O, NO, SO2).

По растворимости в воде оксиды делятся на растворимые (основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, практически все кислотные оксиды(кроме SiO2)) и нерастворимые ( все остальные основные оксиды,  амфотерные оксиды, SiO2).

 

2.2. Химические свойства оксидов.

Общими свойствами основных, кислотных и амфотерных оксидов являются кислотно-основные взаимодействия, которые можно выразить следующей схемой:

 

 

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

              Основные оксиды взаимодействуют:

1)  с кислотами по схеме:    Основный оксид + Кислота = Соль  + Вода

 MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O

2) с кислотными оксидами по  схеме:  

Основный оксид + Кислотный оксид = Соль

                                           3K2O + P2O5 = 2K3PO4

3) c водой взаимодействуют только оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов по следующей схеме: Основный оксид + Вода= Щелочь

CaO + H2O = Ca(OH)2

       Кислотные оксиды – это оксиды, которым в качестве   гидроксидов, соответствуют  кислоты.

       Кислотные оксиды  образуют все неметаллы независимо  от степени окисления (исключение  – несолеобразующие оксиды) и  металлы в степни окисления + 5 и выше.

      Кислотные оксиды  взаимодействуют:

1. с основаниями, образуя соль и воду :                                                          Кислотный оксид + Основание = Соль + Вода

                             N2O5 + 2NaOH = 2NaNO3 + H2O

2. с основными оксидами,  образуя соль:

                           Кислотный оксид + Основный оксид = Соль

                             CO2 + MgO = MgCO3

3. водой кислотные оксиды взаимодействуют с образованием кислот (исключение SiO2):

                           Кислотный оксид + Вода = Кислота

                            Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4

        Оксиды могут  быть получены различными способами.

1. Взаимодействие простых веществ – металлов и неметаллов – с кислородом:

                    2Cu + O2 = 2CuO                               4P + 5O2 = 2P2O5

2. Горением на воздухе сложных веществ ( при этом, как правило, образуются оксиды тех элементов, из которых состоит это сложное вещество).

                                 СН4 +2О2= СО2 + 2Н2О

     3) Разложением сложных  веществ, например нерастворимых  оснований:

                             

Сu(OH)2 → CuO + H2O

 

         некоторых кислот:  H2SiO3  → SiO2 + H2O

  

         некоторых солей:     CaCO3 → CO2 + CaO

   4) При восстановлении кислот-окислителей  металлами и неметаллами:

                Сu + 2H2SO4 (конц) = СuSO4 + SO2 ­ + 2H2O

                10HNO3 (конц) + 4Са = 4Ca(NO3)2 + N2O ­ + 5H2O

                2HNO3 (разб) + S = H2SO4 + 2NO ­

     Идеальным амфотерным оксидом является вода Н2О, которая диссоциирует  с образованием  одинаковых количеств ионов водорода              ( кислотные свойства) и гидроксид- иона (основные свойства).

  

 

                                           О с н о в а н и я

        Основания – сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металлов и гидроксо-групп, способных замещаться на металл Ме(ОН)n,  n- число гидроксо-групп. По современной номенклатуре их принято называть гидроксидами элементов с указанием степени окисления: NaOH – гидроксид натрия, КОН – гидроксид калия, Сu(OH)2 – гидроксид меди (II).

       Гидроксиды металлов принято делить на две группы: растворимые в воде (образованные щелочными и щелочноземельными металлами) и нерастворимые в воде. Растворимые основания (щелочи) измненяют окраску индикаиорап лакмус-синий, нерастворимые основания не изменяют оераску индикатора.  Например, растворимые в воде сильные основания(щелочи) – LiOH - гидроксид лития, нерастворимые в воде слабые основания, например, Fe(OH)2- гидроксид железа (II).Также, основания классифицируют по кислотности: однокислотные, например, NaOH, двухкислотные, например, Са(ОН)2, трехкислотные , например, Fe(OH)3. По степени электролитической диссоциации (a) основания делятся на сильные (NaOH, KOH), слабые (NH4OH, Cu(OH)2).   

     Все основания (гидроксиды металлов) – твердые вещества. Гидроксиды s-металлов бесцветны, гидроксиды многих d-металлов окрашены. 

    Общим методом получения оснований является реакция обмена, с помощью которой могут быть получены как растворимые, так и нерастворимые основания.

                     CuSO4 + 2KOH = Cu(OH)2↓ + K2SO4

                     K2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3↓  + 2KOH

       Щелочи в технике обычно получают электролизом водных растворов хлоридов:

                     2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 ↓+ Сl2

     Щелочи могут быть также получены взаимодействием щелочных и щелочноземельных  металлов или их оксидов с водой:

                            2Li + 2H2O = 2LiOH + H2­

                            CaO +  H2O = Ca(OH)2

     Общим химическим  свойством растворимых и нерастворимых  гидроксидов является их способность  взаимодействовать с водой – вступать в реакцию нейтрализации.

                    NaOH + HNO3= NaNO3 + H2O

                  Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O

       Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами.

2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

       Щелочи способны взаимодействовать с некоторыми неметаллами (галогенами, белым фосфором, кремнием):

                    2NaOH + Cl2 = NaCl + NaOCl + H2O ( на холоде)

                  6KOH + 3Cl2 = KClO3 + KCl + 3H2O (при нагревании).

                          3KOH + 4P + 3H2O = PH3­ + 3KH2PO2

                          2NaOH + Si + H2O = Na2SiO3 + 2H2­

В отличие от щелочей, нерастворимые основания подвергаются термической дегидратации, например:

                                                               t

Cu(OH)2 → CuO + H2O

      Гидроксиды некоторых металлов разлагаются при обычной температуре, т.е. являются неустойчивыми, например:

                                    2СuOH = Cu2O + H2O

      Гидроксиды, в которых d- металлы имеют низкие степени окисления, способны окисляться кислородом воздуха, например:

                           Mn(OH)2 +O2 + 2H2O = 2Mn(OH)4

      Гидроксиды   d- металлы вступают в реакции комплексоообразования:

                                Сu(OH)2 + 4NH3→ Na2[Cu(NH3)4]

      Щелочи в отличие от нерастворимых оснований взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами:

                     2NaOH + Al2O3 + 3H2O = 2K[Al(OH)4]

                     2KOH  + Zn(OH)2 = K2[Zn(OH)4]

       Растворы щелочей вступают в обменные реакции с солями, если в результате химической реакции образуется слабое основание или нерастворимая соль.

                Ba(OH)2 + H2SO4 = 2H2O + BaSO4↓

               2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ +  Na2SO4

                NaOH + NH4Cl = NaCl + NH3­ + H2O

     Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, образующими амфотерные оксиды и гидроксиды.

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2­

     Для щелочей характерны качественные реакции, т.е. реакции с помощью которых распознают вещества.  Для щелочей это реакции с индикаторами (от лат слова «указатели). Если к раствору щелочи добавить 1-2 капли раствора индикатора, то он изменит свою окраску. Изменение окраски приведено в таблице: