Основные классы неорганических соединений

 

Реферат

 

На тему:

 

«Основные классы неорганических соединений»

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                     

 

 

  

 

Содержание:

 

 

1. Введение……………………………………………………3 стр.                                    
2. Основные классы неорганических веществ…………..3 стр.
3. Простые вещества………………………………………...4 стр.
4. Оксиды……………………………………………………..5 стр.
5. Гидроксиды………………………………………………..8 стр.
6. Соли………………………………………………………...10 стр.
7. Бинарные соединения……………………………………12 стр.
8. Список литературы………………………………………14 стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение. Классификация неорганических веществ прошла долгий путь развития и складывалась постепенно, начиная с первых опытов алхимиков, вплоть до наших дней, когда учёные-химики получили в своё распоряжение совершенные физические приборы для исследования состава, строения и взаимодействия веществ.

Классификация неорганических веществ  базируется на их химическом составе – наиболее простой и постоянной во времени характеристике. Химический состав вещества показывает, какие элементы присутствуют в нём и в каком числовом отношении для их атомов. Символы и названия химических  элементов приведены в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Элементы условно делятся  на элементы с металлическими и неметаллическими свойствами. Первые из них всегда входят в состав катионов многоэлементных  веществ (металлические свойства), вторые – в состав анионов (неметаллические свойства). В соответствии с Периодическим законом вы периодах и группах между этими элементами находятся амфотерные элементы, проявляющие в той или иной мере металлические и неметаллические (амфотерные, двойственные) свойства. Элементы VIIIА-группы продолжают рассматривать отдельно (благородные газы), хотя для  Kr, Xe и Rn обнаружены явно неметаллические свойства (элементы He, Ne, Ar химически инертны).

Основные  классы неорганических веществ.  Соответственно делению элементов классифицируют простые вещества, одноэлементные по составу и представляющие собой формы нахождения элементов в свободном виде. Все двух- и многоэлементные вещества называют сложными веществами, а многоатомные простые вещества  и все сложные вещества вместе – химическими соединениями (в них атомы одного или разных элементов соединены между собой химическими связями).

Классификация сложных  веществ первых трёх классов по составу  основана на обязательном наличии в  них  самого распространённого в  природе элемента – кислорода, и на самом  распространённом соединении кислорода – воде.

Первый класс сложных  веществ – это оксиды, соединения катионов элементов (реальных или формальных) с кислородом (-II); их общая формула Э_хО_у. К оксидам не относятся соединения кислорода с фтором (простейшее из них О^-IIF₂^-I), а также пероксиды и надпероксиды (Na₂O₂ , KO₂), включающие анионы из химически связанных атомов кислорода О₂^2- и О₂^-.

Второй класс сложных  веществ – гидроксиды, получающиеся при соединении оксидов с водой (чаще формально, реже реально). По химическим свойствам различают кислотные (Н_хЭО_у), основные и амфотерные [M(OH)_n] гидроксиды, соответствующие кислотным, основным и амфотерным оксидам.

Третий класс сложных  веществ – соли, продукты взаимодействия (реального и формального) гидроксидов. Разные типы гидроксидов реагируют между собой и образуют кислородсодержащие соли, имеющие общую формулу М_х(ЭО_у)_n и состоящих из катионов Мⁿ⁺ и анионов (кислотных остатков) ЭО_у^х-. Такие соли называют средними солями, а если они содержат два химически разных катиона – двойными. При наличии водорода в составе кислотного остатка соли называются кислыми, а при наличии гидроксогрупп ОН^– (иногда и ионов О^2–) – основными солями.

Четвёртый класс сложных  веществ – бинарные соединения, их существование и образование логически не вытекает из цепочки первых трёх классов (оксиды – гидроксиды – соли). Классификация бинарных соединений не связана с наличием в них кислорода (–II) и не основана на соединении такого кислорода – воде. Фактически это обширный класс сложных неорганических веществ, не относящихся к оксидам, гидроксидам и солям и имеющих разнообразные химические свойства.

Неорганические  вещества – соединения, образуемые всеми химичес-кими элементами (кроме большинства органических соединений углерода). Неорганические вещества делятся по химическому составу на простые и сложные.

Простые вещества. Образованы атомами одного элемента. По химичес-ким свойствам делятся на металлы, неметаллы, амфигены, аэрогены.

Металлы – простые вещества элементов с металлическими свойствами (низкая электроотрицательность). Типичные металлы:

IА-группа        Li, Na, K, Rb, Cs

      IIA-группа       Mg, Ca, Sr, Ba

При обычных условиях все металлы (за исключением ртути) – твёрдые вещества с характерным  металлическим блеском. Большинство металлов имеют серебристо-белый цвет, хотя и есть исключения. Так медь – металл розово-красного цвета, золото – жёлтого. Многие физические свойства металлов изменяются в широких пределах. Например, осмий (самый тяжелый металл) имеет плотность в 42 раза большую, чем литий (самый лёгкий металл). В больших интервалах меняются температуры плавления металлов:  наибольшая  она  у  вольфрама  (3420 ^оС),  наименьшая – у ртути (–38,9^оС). Взаимодействуют с неметаллами с образованием бинарных соединений, то есть веществ, состоящих из двух элементов. Металлы обладают высокой восстановительной способностью по сравнению с типичными неметаллами. В электрохимическом ряду напряжений они стоят значительно левее водорода, вытесняют водород из воды (магний – при кипячении):

  2М + 2Н₂О = 2МОН + Н_2(г)       (М = Li, Na, K, Rb, Cs)

М + 2Н₂о = М(ОН)₂ + Н_2(г)        (М = Mg, Ca, Sr, Ba)

Простые вещества элементов Cu, Ag, Ni также относят к неметаллам, так как у их оксидов CuO, Ag₂O, NiO и гидроксидов Cu(OH)₂, Ni(OH)₂ преобладают основные свойства.

Неметаллы. Простые вещества элементов с неметаллическими свойствами (высокая электроотрицательность). Типичные неметаллы:

VIIA-группа       F₂, Cl₂, Br₂, I₂

VIA-группа         O₂, S, Se

VA-группа           N₂, P, As

IVA-группа         С, Si

При обычных условиях они могут быть газами (водород, кислород, гелий, хлор), жидкостями (бром), твёрдыми веществами (углерод, сера, фосфор). Неметаллы, находящиеся в твёрдом состоянии, как правило хрупкие.  Характерными свойствами неметаллов являются низкие теплопроводность и электропроводность. Неметаллы образуют простые вещества, молекулы которых могут быть одноатомными (Не, Ne и другие благородные газы), двухатомными (Н₂, О₂, I₂), многоатомными (O₃, P₄, S₈), полимерными (S_х, Р_х). Неметаллы обладают высокой окислительной способностью по сравнению с типичными металлами.

 Амфигены. Амфотерные простые вещества, образованные элементами с амфотерными (двойственными) свойствами (электроотрицательность промежуточная между металлами и неметаллами). Типичные амфигены:

VII-группа      Ве

VIБ-группа     Cr

IIБ-группа       Zn

IIIA-группа     Al, Ga

IVA-группа     Ge, Sn, Pb

Амфигены обладают более  низкой восстановительной способностью по сравнению с типичными металлами. В электрохимическом ряду напряжений они примыкают слева к водороду или стоят за ним справа.

Аэрогены. Благородные газы, одноатомные простые вещества элементов VIIIA-группы: He, Ne, Ar, Kr, Хе, Rn. Из них He, Ne и Ar химически пассивны (соединения с другими элементами не получены), а Kr, Хе и Rn проявляют некоторые свойства неметаллов с высокой электроотрицатель-ностью.

Сложные вещества. Образованы атомами разных элементов. Делятся по составу и химическим свойствам на: оксиды, гидроксиды, соли, бинарные соединения.

I. Оксиды. Оксид – это соединение какого-либо элемента с кислородом. Степень окисления кислорода в оксидах всегда равна (-II). Оксиды делятся по составу и химическим свойствам на: солеобразующие (основные, кислотные, амфотерные, двойные) и несолеобразующие (пероксиды безразличные, солеобразные,).

Основные оксиды. Продукты полной дегидратации (реальной или условной) основных гидроксидов, сохраняющие химические свойства последних. Из типичных металлов только Li, Mg, Ca, Sr  образуют оксиды Li₂О, MgО, CaО, SrО при сжигании на воздухе. Оксиды Na₂O, K₂O, Rb₂О, Cs₂О и Ва₂О получают другими способами. К основным оксидам относят также CuO, Ag₂O и NiO. Получение основных оксидов:

1. Окисление металлов

      2Mg + O₂ = 2MgO

2Cu + О₂ = 2CuО.                                                                                                                                   

Этот метод практически неприменим для щелочных металлов, которые при  окислении обычно дают пероксиды, поэтому  оксиды Na₂О, К₂О крайне труднодоступны.

2. Обжиг сульфидов

2СuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂

4FeS₂ + 11O₂ =  2Fe₂O₃ + 4SO₂ + O₂   

Метод неприменим для сульфидов  активных металлов, окисляющихся до сульфатов.

3. Разложение гидроксидов

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O (при t^o)

Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.

4. Разложение солей кислородсодержащих кислот

 ВаСО₃ = ВаО + СО₂ (при t^o)

4FeSO₄ = 2Fe₂O₃ + 4SO₄ + O₂ (при t^o)

Этот способ получения оксидов  особенно легко осуществляется для  нитратов и карбонатов, в том числе  и для основных солей:

[ZnOH]₂CO₃ = 2ZnO + CO₂ + H₂O

Основные оксиды при нагревании могут вступать в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, с кислотами. Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов непосредственно реагируют с водой:

ВаО + SiO₂ = BaSiO₃

MgО + Al₂О = Mg(AlО₂)₂

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O 
      СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Как и другие типы оксидов, основные оксиды могут вступать в  окислительно-восстановительные реакции:

                 

Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe (при t^o)

3CuO + 2NH₃ = 3Cu + N₂ + 3H₂O (при t^o)

Кислотные оксиды. Продукты полной дегидратации (реальной или условной) кислотных гидроксидов, сохраняющие химические свойства последних. Представляют собой оксиды неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окисления и могут быть получены методами, аналогичными методам получения основных оксидов, например:

4P + 5О₂ = 2Р₂О₅ (при t^o)

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂ (при t^o)

Большинство кислотных  оксидов непосредственно взаимодействуют  с водой с образованием кислот:

СО₂ + H₂O = H₂СО₃

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Наряду с современной  номенклатурой  для кислотных  оксидов до сих пор широко используется старинная система названий, как ангидридов кислот – продуктов отщепления воды от соответствующих кислот => СО₂ – ангидрид угольной кислоты, а SO₃ – ангидрид серной кислоты. Из типичных неметаллов только S, Se,  P, As, С, Si  образуют оксиды SО₂,  SeО₂, Р₂О₅, As₂О₃, СО₂, и SiО₂ при сжигании в воздухе. Остальные кислотные оксиды получают другими способами.

И с к л  ю ч е н и е: у оксидов NO₂ и CIO₂ нет соответствующих кислотных гидроксидов, но их считают кислотными, так как NO₂ и CIO₂ реагируют со щелочами, образуя соли двух кислот, а CIO₂ и с водой, образуя две кислоты: а) 2NO₂ + 2NаОН = NаNO₂ + NaNO₃ + Н₂О

                 б) 2CIO₂ + 2NаОН(хол.) = NаCIO₂ + NаCIO₃ + Н₂О

                           2CIO₂ + Н₂О(хол.) = НCIO₂ + НCIO₃

Оксиды CrO₃ и Mn₂O₇ (хром и марганец в высшей степени окисления) также являются кислотными.