Классы неорганических соединений

Введение

Неорганические соединения - есть неотъемлемой частью теоретической химии, и химической технологии. Они находят свое применение и в различных отраслях промышленности, таких как строительной, автомобильной, лесохимической .
База знаний современного инженера любой специальности должна содержать сведения об основных свойствах химических элементов и их соединений. К примеру, в строительном производстве широко используются воздушные и гидравлические, известковые и гипсовые вяжущими смеси, основной составной частью которых есть оксиды, соли, основания. Для инженера-механика, деятельность которого связана с эксплуатацией машин, механизмов, химических источников тока, очень важно знать свойства различных композиционных материалов, металлов и сплавов, состоящих из разнообразных неорганические соединения.
Целью представленной работы – есть систематизация и классификация неорганические вещества, что позволит расширить представление о номенклатуре неорганических соединений, их свойствах и
способах их получения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:
классификация неорганических веществ, что облегчает их изучение;
рассмотрение особенностей отдельных классов соединений;
перенос общих свойств определенного класса соединений на конкретных их представителей.


1. Классификация неорганических соединений

Все многообразие неорганических веществ четко укладывается в следующие классификации.
1)Простые и сложные
Если вещество образовано одинаковыми атомами, то его называют простым, например Н2 или О2 .
Если вещество образовано различными атомами, то его называют сложным, например Н2О или Н3РО 5 .
2) Все простые вещества условно делят на металлы, например Cu, Ni, Mn и неметаллы, например C, S, N. Большинство элементов проявляют металлические свойства.
3)Сложные неорганические вещества делят на классы. В основу такой классификации сложных неорганических веществ положено сходство их химических свойств. На рис 1. представлена схема классификации неорганических соединений.


Рис1. Схема классификации неорганических соединений


2. Оксиды
Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород со степенью окисления – 2. Таким образом, можно вывести общую формулу оксидов:
Елn+2О2-n , где Ел – ион металла или неметалла
В названии оксида необходимо указывать степень окисления элемента, если он проявляет несколько степеней окисления. Например,SO2 - оксид серы (IV), SO3 – оксид серы (VI), но если для элемента характерна единая степень окисления, то ее в название указывать не надо, например,Na2O –оксид натрия, CaO- оксид кальция. Классификация оксидов
схематически представлена на рис.2

Оксиды

Несолеобразующие
(индифферентные, безразличные)
N2O-оксид азота (I), NO-оксид азота (II),
CO-оксид углерода (II), SiO-оксид кремния (II).
Солеобразующие


Амфотерные
Кислотные
Основные




Рис.2 Классификация оксидов
Таким образом, оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие оксиды Несолеобразующие оксиды – это оксиды неметаллов, не имеющие кислотных гидроксидов и не вступающие в реакции солеобразования (отличие от основных, кислотных и амфотерных оксидов). К таким оксидам относятся: СО, NO, N2O, SiO, S2О и другие. Рассмотрим несолеобразующие оксиды на примере оксида углерода (II) СО – угарного газа. Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО. Оксид углерода является несолеобразующим и не взаимодействует в обычных условиях с водой, кислотами и щелочами. Несолеобразующие оксиды (их немного) не дают солей. Примером таких оксидов есть, NO – оксид азота (11), NO2 – оксид азота (1V), СО – оксид углерода (11).
Необходимо отметить, что существуют соединения элементов с кислородом, которые относятся к пероксидам.  Так, щелочные металлы образуют пероксидные соединения – соединения, в которых имеются химические связи кислород – кислород. Связь О – О не прочна, поэтому пероксиды неустойчивые соединения, легко разлагающиеся. Склонность к образованию таких соединений и их устойчивость возрастают от лития к цезию. Щелочные металлы образуют пероксиды состава Ме2О2 и надпероксиды МеО2, где Ме – щелочной металл. Пероксиды щелочных металлов разлагаются водой с выделением кислорода:
2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2
Действием кислот на пероксиды щелочных металлов можно получить пероксид водорода:
Na2O2 + 2H2SO4 = 2NaHSO4 + H2O2
Что кается солеобразующих оксидов, они делятся на основные, амфотерные и кислотные.
2.1 Основные оксиды
Основные оксиды - это оксиды металлов со степенью окисления +1, +2. Например, К2O – оксид калия, MgО – оксид кальция, FeO – оксид железа (11), MnO – оксид марганца (11).Здесь необходимо отметить важный момент- основным оксидам соответствуют основания: КOH, Мg (ОН)2, Fe(OH)2, Mn(OH)2.
Получение основных оксидов:
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.
Обжиг сульфидов
2СuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 + O2
Разложение гидроксидов
Cu(OH)2 = CuO + H2O (при to)
Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.
Разложение солей кислородсодержащих кислот
ВаСО3 = ВаО + СО2 (при to)

Химические свойства основных оксидов

1)Основные оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами реагируют с водой, образуя растворимые основания, называемые щелочами

. Например:

K2O + H2O = 2KOH

Это свойство не есть определяющим для всех основных оксидов, поскольку, оксиды d- металлов с водой не реагируют.
CuO + H2O = не реагирует
2)Oсновные оксиды взаимодействуют с кислотами образуя соль и воду:
BaO + H2SO4 = BaSO4 + H2O
Это свойство – есть определяющее и характерны для всех основных оксидов.
CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O

3)Основные оксиды взаимодействуют с кислотными оксидами , так же образовывая соль:
CaO + SiO2 = CaSiO3

2.2 Кислотные оксиды

Кислотные оксиды это оксиды:
1) неметаллов, например, СО2 – оксид углерода (1V), N2O5 – оксид азота (V).
2) металлов со степенью окисления +5,+ 6, +7, +8.
Например: V2O5 – оксид ванадия (V), MoO3 –оксид молибдена (VI), Mn2O7 – оксид марганца (VII), ReO4- оксид рения (VIII).
Всем кислотным оксидам соответсвуют кислоты, поэтому их еще называют « ангидриды». Так, Р2О5 – ангидрид фосфорной кислоты,а MoO3 – ангидрид молибденовой Н2МоО4
Химические свойства кислотных оксидов
1)Кислотные оксиды растворяются в воде (кроме песка SiO2) с образованием кислот:
SO2 + H2O = H2SO3
сернистая кислота
Mn2O7 + H2O = 2HMnO4
марганцовая кислота
Формулу кислоты, соответствующей кислотному оксиду, можно найти, записав реакцию взаимодействия оксида с водой. Если индексы у атомов элементов, входящих в состав молекулы кислоты оказываются кратными какому - либо числу, то при записи простейшей формулы индексы сокращают на это число, а его записывают перед формулой кислоты:
N2O5 + H2O = H2N2O6 = 2HNO3
Br2O5 + H2O = H2Br2O6 =HBrO3
2)Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, при этом образовывается соль и вода:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
3) Кислотные оксиды взаимодействуют с основными оксидами, так же образовывая соль:
P2O5 + 3K2O = 2K3PO4
Существуют еще амфотерные оксиды, но их свойства рассмотрим в контексте понятия «амфотерность». Важный вывод, который вытекает из свойств кислотных и основных оксидов есть то, что их химические взаимодействия базируются на принципе единства противоположностей. Так, основной оксид будет реагировать с веществом противоположного характера - кислотой либо кислотным оксидом.


3. Гидроксиды
Гидроксиды можно рассматривают как продукты взаимодействия оксидов с водой независимо от того, имеет месть это взаимодействие в действительности или гидроксид может быть получен только косвенным путем (например, реакцией обмена соли со щелочью). Основным оксидам соответствуют гидроксиды, называемые основаниями, кислотным – кислоты
3.1 Основания
Основаниями называют вещества, в состав которых входят катионы металлов и гидроксогрупп (ОН- ), способные в реакциях замещаться на кислотные остатки. Таким образом, общая формула оснований:
Ме(ОН)n ,где Men+ катион металла, n = 1,2,3 Например: LiOH, Ba(OH)2, Co(OH)2. На рис.3 представлена схема классификации оснований

Me+n(OH) ‾1n


1. По числу гидроксильных групп (ОН−1):

трёхкислотные
двухкислотные
однокислотныееее


KOH Ba(OH)2 Fe(OH)3
По степени растворимости в воде:
растворимые
труднорастворимые


NaOH Ca(OH)2



Рис.3 Классификация оснований



Реакции получения оснований
1) Взаимодействие металлов или их оксидов с водой
2Na + 2Н2O → 2NaOH + Н2↑
К2O + Н2O → 2КOН
Необходимо отметить, что так можно получить только щелочи – растворимые основания
2. Действие щелочей на водные растворы солей
FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO
Так можно получить нерастворимые основания Электролиз растворов солей 2KCl + 2H2O → I, графит, электроды → 2KOH + + H2↑ + Cl2↑ Промышленный способ получения КОН и NaOHОснования растворимые в воде называют щелочами.
Получаются по реакциям соответствующих основных оксидов с водой:
Ме2О + Н2О = МеОН (Ме = Li, Na, K, Rb, Cs)
МеО + Н2О = Ме(ОН)2 (Ме = Ca, Sr, Ba)
Химические свойства оснований
1)Основания взаимодействуют с кислотами, образовывая соль и воду.Эта реакция называется реакцией нейтрализации, поскольку во время ее прохождения взаимонейтрализуются свойства кислот и оснований.
NaOH + HCl = NaCl + H2O ;
2) Основания взаимодействуют с кислотными оксидами, образуя соль:
Ca(OH)2 + CO2= CaCO3
3)Щелочи реагируют с солями d-металлов, образовывая нерастворимые основания:
NiCl2 + 2NaOH = Ni(OH)2↓ + 2NaCl
4)При нагревании в отсутствии воздуха основания d-металлов разлагаются на оксид металла и воду:
Ni(OH)2 = NiO + H2O
3.2. Кислоты
К кислотам относятся соединения, в состав которых входят ионы водорода, способные замещаться на катионы металла, и анионы кислот (CO32–, SO42– PO43–,Cl–,NO3– и т.д.). Таким образом, общую формулу кислоты можно представить:
НnAнионn-
Кислоты делятся на бескислородные и кислородсодержащие