С кем что реагирует в химии

Классификация неорганических веществ

Среди простых веществ выделяют металлы и неметаллы. Среди сложных: оксиды, основания, кислоты и соли. Классификация неорганических веществ построена следующим образом:

Большинство химических свойств мы изучим по мере продвижения по периодической таблице Д.И. Менделеева. В этой статье мне хотелось бы подчеркнуть ряд принципиальных деталей, которые помогут в дальнейшем при изучении химии.

Оксиды

Все оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. Солеобразующие имеют соответствующие им основания и кислоты (в той же степени окисления (СО)!) и охотно вступают в реакции солеобразования. К ним относятся, например:

Солеобразующие оксиды, в свою очередь, делятся на основные, амфотерные и кислотные.

Основным оксидам соответствуют основания в той же СО. В химических реакциях основные оксиды проявляют основные свойства, образуются исключительно металлами. Примеры: Li₂O, Na₂O, K₂O, Rb₂O CaO, FeO, CrO, MnO.

Основные оксиды взаимодействуют с водой с образованием соответствующего основания (реакцию идет, если основание растворимо) и с кислотными оксидами и кислотами с образованием солей. Между собой основные оксиды не взаимодействуют.

Li₂O + H₂O → LiOH (основный оксид + вода → основание)

Здесь не происходит окисления/восстановления, поэтому сохраняйте исходные степени окисления атомов.

Эти оксиды действительно имеют двойственный характер: они проявляют как кислотные, так и основные свойства. Примеры: BeO, ZnO, Al₂O₃, Fe₂O₃, Cr₂O₃, MnO₂, PbO, PbO₂, Ga₂O₃.

С водой они не взаимодействуют, так как продукт реакции, основание, получается нерастворимым. Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами и кислотными оксидами, так и с основаниями и основными оксидами.

ZnO + KOH + H₂O → K₂[Zn(OH)₄] (амф. оксид + основание = комплексная соль)

ZnO + N₂O₅ → Zn(NO₃)₂ (амф. оксид + кисл. оксид = соль; СО азота сохраняется в ходе реакции)

Fe₂O₃ + HCl → FeCl₃ + H₂O (амф. оксид + кислота = соль + вода; обратите внимание на то, что СО Fe = +3 не меняется в ходе реакции)

Проявляют в ходе химических реакций кислотные свойства. Образованы металлами и неметаллами, чаще всего в высокой СО. Примеры: SO₂, SO₃, P₂O₅, N₂O₃, NO₂, N₂O₅, SiO₂, MnO₃, Mn₂O₇.

Кислотные оксиды вступают в реакцию с основными и амфотерными, реагируют с основаниями. Реакции между кислотными оксидами не характерны.

SO₂ + Na₂O → Na₂SO₃ (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +4)

SO₃ + Li₂O → Li₂SO₄ (кисл. оксид + осн. оксид = соль; сохраняем СО S = +6)

P₂O₅ + NaOH → Na₃PO₄ + H₂O (кисл. оксид + основание = соль + вода)

Реакции несолеобразующих оксидов с основаниями, кислотами и солеобразующими оксидов редки и не приводят к образованию солей. Некоторые из несолеобразующих оксидов используют в качестве восстановителей:

FeO + CO → Fe + CO₂ (восстановление железа из его оксида)

Основания

Основания классифицируются по количеству гидроксид-ионов в молекуле на одно-, двух- и трехкислотные.

Так же, как и оксиды, основания различаются по свойствам. Все основания хорошо реагируют с кислотами, даже нерастворимые основания способны растворяться в кислотах. Также нерастворимые основания при нагревании легко разлагаются на воду и соответствующий оксид.

Mg(OH)₂ → (t) MgO + H₂O (при нагревании нерастворимые основания легко разлагаются)

Если в ходе реакции основания с солью выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода), то такая реакция идет. Нерастворимые основания с солями почти не реагируют.

Ba(OH)₂ + NH₄Cl → BaCl₂ + NH₃ + H₂O (в ходе реакции образуется нестойкое основание NH₄OH, которое распадается на NH₃ и H₂O)

KOH + BaCl₂ ↛ реакция не идет, так как в продуктах нет газа/осадка/слабого электролита (воды)

В растворах щелочей pH > 7, поэтому лакмус окрашивает их в синий цвет.

Al(OH)₃ + HCl → AlCl₃ + H₂O (амф. гидроксид + кислота = соль + вода)

Al(OH)₃ + KOH → K[Al(OH)₄] (амф. гидроксид + основание = комплексная соль)

При нагревании до высоких температур комплексные соли не образуются.

Кислоты

Кислоты отлично реагируют с основными оксидами, основаниями, растворяя даже те, которые выпали в осадок (реакция нейтрализации). Также кислоты способны вступать в реакцию с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода (то есть способны вытеснить его из кислоты).

Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (реакция идет, так как цинк стоил в ряду активности левее водорода и способен вытеснить его из кислоты)

Cu + HCl ↛ (реакция не идет, так как медь расположена в ряду активности правее водорода, менее активна и не способна вытеснить его из кислоты)

Все кислоты подразделяются на сильные и слабые. Напомню, что мы составили подробную таблицу сильных и слабых кислот (и оснований!) в теме гидролиз. В реакции из сильной кислоты (соляной) можно получить более слабую, например, сероводородную или угольную кислоту.

В завершении подтемы кислот предлагаю вам вспомнить названия основных кислот и их кислотных остатков.

Блиц-опрос по теме Классификация неорганических веществ

Источник

Неорганическая химия

Ни одна вещь не возникает, не уничтожается, но каждая составляется из смешения существующих вещей или выделяется из них. (Анаксагор)

Неорганическая химия изучает свойства и реакции неорганических соединений (т.е., кроме органических соединений углерода). Число неорганических веществ приближается к 400 тысяч.

Разделы страницы по химии неорганических соединений:

О %nbsp;свойствах химического элемента вы можете почитать, указав его в таблице Менделеева.

Когда появились молекулы?

Стюарт Кауфман из Института системной биологии в США и его коллеги Давид Еленфи и Габор Ваттаи из Будапештского университета в Венгрии построили модель формирования молекул на разных стадиях развития Вселенной, которая воспроизводит наблюдающееся сегодня распределение соединений в межзвездной и межгалактической среде. Так как количество возможных соединений растет быстрее экспоненты в зависимости от количества атомов, то авторы ограничились только рассмотрением общей массы образующихся молекул.

За основу ученые взяли базу данных PubChem, в которой содержится информация о 90 миллионах различных молекул, большинство из которых встречаются в природе. Масса наибольшего количество соединений составляет 290 дальтон, что примерно соответствует 24 атомам углерода. Эти данные ученые сравнили с содержанием веществ в Мурчисонском метеорите — древнем теле, появившемся во времена формирования Солнечной системы около 5 миллиардов лет назад. В нем было обнаружено не менее 58 000 различных молекул, распределение которых по массам напоминает полную базу данных, но больше всего молекул с массой около 240 дальтон.

Затем авторы привлекают теорию образования молекул, согласно которой есть два основных пути их формирования: посредством случайного скапливания атомов, которое быстро порождает всевозможные легкие комбинации, и предпочтительного присоединения, которое медленно порождает небольшое количество из всех возможных молекул с большой массой. Зная скорости этих процессов и различия в распределениях в Мурчисонском метеорите и на Земле в целом, можно экстраполировать данные в прошлое и вывести время образования соединений. Авторы приходят к выводу, что молекулы начали образовываться примерно 12,8 миллиардов лет назад, а аминокислоты появились спустя еще 165 миллионов лет.

Виды неорганических веществ

Неорганические вещества делятся на простые (металлы и неметаллы) и сложные (оксиды, соли, основания, кислоты). [Последние являются результатом окислительно-восстановительных реакций.]

Простые [моноатомные] вещества состоят из атомов одного химического элемента. По своим химическим свойствам они делятся на:

Сложные [гетероатомные] вещества состоят из атомов двух или более химических элементов. Они по своим химическим свойствам делятся на:

Существуют и другие сложные вещества:

Химические реакции между неорганическими веществами

В основе реакционной способности атомов лежит незаполненность их электронного слоя. В ходе химической реакции металлы обычно отдают электроны, а неметаллы – принимают.

Металлы вступают в реакцию с неметаллами с образованием солей: 2Na + S = Na₂S.

Металлы в реакциях с кислородом образуют обычно основные оксиды: 4Na + O₂ = 2Na₂O. Неметаллы в реакциях с кислородом образуют кислотные оксиды: S + O₂ = SO₂. Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами с образованием солей: Na₂O + SO₂ = Na₂SO₃.

Основные оксиды реагируют с водой с образованием оснований: Na₂O + H₂O = 2NaOH. Кислотные оксиды реагируют с водой с образованием кислот: SO₂ + H₂O = H₂SO₃. Основания реагируют с кислотами с образованием солей: 2NaOH + H₂SO₃ = Na₂SO₃ + 2H₂O.

Основные оксиды способны реагировать с кислотами, при этом образуются соли: Na₂O + H₂SO₃ = Na₂SO₃. Кислотные оксиды реагируют с основаниями также с образованием солей: SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O.

Наибольшую реакционную способность проявляют типичные металлы и их соединения, и типичные неметаллы и их соединения. К типичным металлам относятся щелочные металлы, а также барий, стронций кальция. Активность всех остальных металлов и их соединений снижена. Так магний вступает в химическую реакцию только с кипящей водой и нагретыми парами воды, а оксид магния не реагирует с водой. Медь, к примеру, не реагирует с кислотами (не может быть окислена ионом водорода). Примерно тоже самое можно сказать о неметаллах. Наибольшую активность проявляют фтор, кислород, галогены.

Соли (состав и свойства)

Соли разделяются на растворимые в воде и нерастворимые в воде. О растворимости солей можно узнать из таблицы растворимости. Хорошо растворимы обычно соли щелочных металлов и аммония.

Средние соли состоят только из остатка кислоты и основания: CaSO₄, Ba(NO₃)₂. Кислые соли кроме катиона металла содержат катион водорода, следовательно, они проявляют все свойства солей и кислот: Ca(HCO₃)₂ + Сa(OH)₂ = 2CaCO₃ + 2H₂O.

Основные соли включают в свой состав также гироксильную группу и проявляют свойства солей и оснований: (MgOH)₂SO₄ + H₂SO₄ = 2MgSO₄ + 2H₂O.

Основания и щёлочи

Основания делятся на растворимые в воде и нерастворимые в воде. Растворимые основания называют щелочами.

Щелочами являются гидроксиды щелочных металлов, а также гидроксиды бария, стронция кальция.

Кислоты

Все изучаемые в школе кислоты, кроме кремниевой растворимы в воде. Кислоты можно разделить на сильные и слабые. Сильные кислоты: это азотная HNO₃, серная H₂SO₄, хлорная HClO₄, хлороводородная (соляная) HCl, бромоводородная HBr, йодоводородная HI.

Как реагируют амфотерные вещества (простые и сложные)

Кроме вышеописанных существуют амфотерные простые вещества, оксиды и гидроксиды.

Амфотерные простые вещества

Амфотерными простыми веществами изучаемыми в школе являются бериллий Be, алюминий Al и цинк Zn. Амфотерные простые вещества реагируют как с кислотами, так и с основаниями. Например: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂; Zn + 2KOH + 2H₂O = K₂[Zn(OH)₄] + H₂.

Амфотерные оксиды

К амфотерным оксидам относят BeO, Al₂O₃, ZnO, H₂O, Cr₂O₃, Fe₂O₃. Амфотерные оксиды реагируют с кислотами и основаниями, а также основными и кислотными оксидами: ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O; ZnO + 2KOH + H₂O = K₂[Zn(OH)₄]; SO₃ + H₂O = H₂SO₄; K₂O + H₂O = 2KOH.

Амфотерные гидроксиды

Амфотерные гидроксиды – сложные вещества, которые имеют свойства и кислот, и оснований. Все они — твердые вещества, не растворимые в воде. Они растворяются в кислотах и щелочах: Zn + 2OH = Zn(OH)2 = 2H + ZnO2 Cr + 3OH = Cr(OH)3 = H + CrO2 + H2O

Окраска амфотерных гидроксидов зависит от характера входящих в их состав катионов металлов. К амфотерным гидроксидам относят Be(OH)₂, Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Fe(OH)₃.

Направления реакционной способности основных классов неорганических веществ

Все вышесказанное удобно представить в виде схемы:

Источник

Металлы

В металлах – металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. В узлах решетки находятся положительно заряженные ионы металлов, связанные посредством обобществленных внешних электронов, принадлежащих всему кристаллу.

Это обуславливает все важнейшие физические свойства металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность, пластичность (способность изменять форму под внешним воздействием) и некоторые другие, характерные для этого класса простых веществ.

Металлы I группы главной подгруппы называют щелочными металлами.

Металлы II группы: кальций, стронций, барий – щелочноземельными.

Химические свойства металлов

В химических реакциях металлы проявляют только восстановительные свойства, т.е. их атомы отдают электроны, образуя в результате положительные ионы.

1. Взаимодействуют с неметаллами:

а) кислородом (с образованием оксидов)

Щелочные и щелочноземельные металлы окисляются легко при обычных условиях, поэтому их хранят под слоем вазелинового масла или керосина.

2Ca + O₂ = 2CaO

2Na + O₂ = Na₂O₂, К + О 2 = КО 2

а оксиды получают прокаливанием пероксида с соответствующими металлом:

Железо, цинк, медь и другие менее активные металлы медленно окисляются на воздухе и активно при нагревании.

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄ (смесь двух оксидов: FeO и Fe₂O₃)

2Zn + O₂ = 2ZnO

2Cu + O₂ = 2CuO

Золото и платиновые металлы не окисляются кислородом воздуха ни при каких условиях.

б) водородом (с образованием гидридов)

2Na + H₂ = 2NaH

в) хлором (с образованием хлоридов)

2K + Cl₂ = 2KCl

Mg + Cl₂ = MgCl₂

2Al + 3Cl₂ =2AlCl₃

Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется хлорид железа (III):

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

г) серой (с образованием сульфидов)

2Na + S = Na₂S

Hg + S = HgS

2Al + 3S = Al₂S₃

Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется сульфид железа (II):

Fe + S = FeS

д) азотом (с образованием нитридов)

2Al + N₂ = 2AlN

2. Взаимодействуют со сложными веществами:

Необходимо помнить, что по восстановительной способности металлы расположены в ряд, который называют электрохимическим рядом напряжений или активности металлов (вытеснительный ряд Бекетова Н.Н.):

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H₂), Cu, Hg, Ag, Au, Pt

а) водой

Металлы, расположенные в ряду до магния, при обычных условиях вытесняют водород из воды, образуя растворимые основания – щелочи.

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

Магний взаимодействует с водой при кипячении.

Алюминий при удалении оксидной пленки бурно реагирует с водой.

Остальные металлы, стоящие в ряду до водорода, при определенных условиях тоже могут вступать в реакцию с водой с выделением водорода и образованием оксидов.

б) растворами кислот

(Кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. См. раздел «Окислительно-восстановительные реакции».)

Обратите внимание: не используют для проведения реакций нерастворимую кремниевую кислоту

Металлы, стоящие в ряду до магния и активно реагирующие с водой, не используют для проведения таких реакций.

Металлы, стоящие в ряду от магния до водорода, вытесняют водород из кислот.

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑

Обратите внимание: образуются соли двухвалентного железа.

Образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции. Например, свинец практически не реагирует с раствором серной кислоты из-за образования на поверхности нерастворимого сульфата свинца.

Металлы, стоящие в ряду после водорода, НЕ вытесняют водород.

в) растворами солей

Металлы, стоящие в ряду до магния и активно реагирующие с водой, не используют для проведения таких реакций.

Для остальных металлов выполняется правило:

Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, расположенные в ряду правее него, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее него.

Cu + HgCl₂ = Hg + CuCl₂

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Как и в случае с растворами кислот, образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции.

г) растворами щелочей

Взаимодействуют металлы, гидроксиды которых амфотерны.

2Al + 2KOH + 6H₂O = 2K[Al(OH) ₄] + 3H₂↑

д) с органическими веществами

Щелочные металлы со спиртами и фенолом.

Металлы участвуют в реакциях с галогеналканами, которые используют для получения низших циклоалканов и для синтезов, в ходе которых происходит усложнение углеродного скелета молекулы (реакция А.Вюрца):

2CH₂Cl + 2Na = C₂H₆(этан) + 2NaCl

Неметаллы

В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной неполярной связью. При этом образуются одинарные (в молекулах H₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂), двойные (в молекулах О₂), тройные (в молекулах N₂) ковалентные связи.

Строение простых веществ – неметаллов:

1. молекулярное

При обычных условиях большинство таких веществ представляют собой газы (Н₂, N₂, O₂, O₃, F₂, Cl₂) или твердые вещества (I₂, P₄, S₈) и лишь единственный бром (Br₂) является жидкостью. Все эти вещества молекулярного строения, поэтому летучи. В твердом состоянии они легкоплавки из-за слабого межмолекулярного взаимодействия, удерживающего их молекулы в кристалле, и способны к возгонке.

2. атомное

Многие элементы – неметаллы образуют несколько простых веществ – аллотропных модификаций. Аллотропия может быть связана с разным составом молекул: кислород О₂ и озон О₃ и с разным строением кристаллов: аллотропными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин, фуллерен. Элементы – неметаллы, имеющие аллотропные модификации: углерод, кремний, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур.

Химические свойства неметаллов

У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение электроотрицательности. В ряду неметаллов

At, B, Te, H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F

электроотрицательность возрастает и усиливаются окислительные свойства.

Отсюда следует, что для простых веществ – неметаллов будут характерны как окислительные, так и восстановительные свойства, за исключением фтора – самого сильного окислителя.

1. Окислительные свойства

а) в реакциях с металлами (металлы всегда восстановители)

2Na + S = Na₂S (сульфид натрия)

3Mg + N₂ = Mg₃N₂ (нитрид магния)

б) в реакциях с неметаллами, расположенными левее данного, то есть с меньшим значением электроотрицательности. Например, при взаимодействии фосфора и серы окислителем будет сера, так как фосфор имеет меньшее значение электроотрицательности:

2P + 5S = P₂S₅ (сульфид фосфора V)

Большинство неметаллов будут окислителями в реакциях с водородом:

в) в реакциях с некоторыми сложными веществами

Окислитель – кислород, реакции горения

Окислитель – хлор

2KI + Cl₂ = 2KCl + I₂

2. Восстановительные свойства

а) в реакциях с фтором

б) в реакциях с кислородом (кроме фтора)

в) в реакциях со сложными веществами – окислителями

H₂ + CuO = Cu + H₂O

3. Реакции диспропорционирования: один и тот же неметалл является и окислителем и восстановителем

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

3Cl₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

Источник