Соединения химических элементов

Соединения химических элементов
  1. Степень окисления
  2. Оксиды
    • Основные оксиды
    • Кислотные оксиды
    • Амфотерные оксиды
  3. Основания
  4. Кислоты и их реакции
  5. Соли
    • Соли и их классификация
    • Получение солей
    • Соли и их реакции
  6. Аморфные и кристаллические вещества
  7. Чистые вещества и смеси. Состав смесей.

Давайте узнаем, какие в природе встречаются химические вещества. Вещества бывают простые и сложные. Простые - это металлы, неметаллы и инертные газы. Сложные - это оксиды, основания, амфотерные гидроксиды, кислоты и соли.

Рассмотрим каждый из этих видов веществ. Но первым делом разберемся, что такое степень окисления химических элементов.

Степень окисления

Рассмотрим частный случай окислительно-восстановительной реакции. Таковой является реакция лития с кислородом.

40Li + 0O2 = 2+1Li2-2O

Изначально и у лития и кислорода степени окисления были равны нулю. Это означает, что все электроны находились при них. При взаимодействии элементов, ввиду того, что кислород более электроотрицательный, он притягивает на себя электроны лития и поэтому становится отрицательным. Литий же отдает электроны.

Процесс передачи электронов другому атому в соединении называется окислением. Процесс взятия электрон называется восстановлением.

Атом вещества, который притягивает на себя электроны, является окислителем, а атом вещества, который отдает электроны, называется восстановителем.

Назовем несколько правил окислительно-восстановительных реакций:

  • В одном соединении сумма степеней окисления элементов, которые входят в это соединение, должно равняться нулю;
  • Сумма степеней окисления элементов будет равняться нулю даже в соединениях неполярной связью;
  • Химические элементы главной подгруппы имеют максимальную степень окисления, равную номеру группы;
  • Степень окисления самого электроотрицательного атома фтора (F) во всех соединениях будет равна –1;
  • Кислород (O), в основном, во всех соединениях проявляет степень окисления равную –2, кроме случаев взаимодействия с фтором или в пероксидах (–1);
  • Водород (H) проявляет степень окисления +1, а при взаимодействии с металлами степень окисления равна –1.

Оксиды

Оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие (оксид углерода (CO), оксид кремния (SiO2) и два оксида азота (NO и N2O)).

Солеобразующие оксиды делятся на кислотные, основные и амфотерные.

Основные оксиды

Основными оксидами называются вещества, гидраты которых будут основаниями.

Например, оксид натрия (Na2O) соответствует основанию NaOH, которое будет являться щелочью.

Название оксидов складывается из трех составляющих. Первое слово оксид, затем следует элемент, из которого он состоит, и его валентность:

Оксид углерода(2)

Разберем химические свойствах основных оксидов:

  • Способность основного оксида реагировать с кислотами с образованием соли и воды

MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O

  • Способность реагировать с кислотными оксидами с образованием соли

CaO + CO2 = CaCO3

  • Способность основных оксидов взаимодействовать с водой с образованием щелочи

K2O + H2O = 2KOH

Кислотные оксиды

Кислотный оксид - это оксид гидроксид, гидрат которого соответствует кислоте. Например, оксид серы(6) SO3 соответствует серной кислоте (H2SO4).

Химические свойства кислотных оксидов:

  • Способность реагировать с основными оксидами

CaO + CO2 = CaCO3

  • Способность реагировать с основаниями с образованием соли и воды

CO2 + NaOH = Na2CO3 + H2O

  • Способность  реагировать с водой с образованием своей кислоты

SO3 + H2O = H2SO4

Амфотерные оксиды

Почему оксиды называются амфотерными?

Амфотерный значит двойственный. Это значит, что при добавлении воды амфотерный оксид может быть как основанием, так и кислотой.

Оксидов амфотерных металлов не так уж и много.

Например, ZnO, Al2O3, Cr2O3 Fe2O3 PbO2, SnO2.

Мы сразу же можем сделать вывод, что, если при взаимодействии с водой амфотерный оксид может стать и основанием и кислотой, значит, для него будут характерны как свойства основных оксидов, так и свойства кислотных. Эти свойства мы уже перечисляли в предыдущих разделах статьи.

Основания

Одной частью основания является металл, а другой - остаток гидроксильной группы (OH) с валентностью 1.

Гидроксиды делятся на 1-кислотные (NaOH), 2-кислотные (Ca(OH)2) и 3-кислотные (Ni(OH)3).

Свойства оснований:

  • Основания изменяют цвет индикаторов. Лакмус сам по себе фиолетовый, а при добавлении его в щелочь или щелочную среду, он меняет цвет на синий. Фенолфталеин в щелочной среде изменяет цвет с бесцветного на ярко-малиновый. Оранжевый метилоранж при добавлении в щелочь становится желтым.
  • Основания реагируют с кислотами, а в результате реакции образуется соль и вода.

KOH + HCL = KCl + H2O

  • Основания реагируют с кислотными оксидами.

2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

  • Основания реагируют с солью только в том случае, если в результате будет образовываться осадок. Это может быть либо осадок соли, либо осадок основания. Какое-то из двух результирующих веществ должно быть нерастворимым.
  • При воздействии температуры основания разлагаются на оксид, который соответствует этому основанию, и воду.

Cu(OH)2 =T CuO + H2O

Кислоты и их реакции

Для начала разберёмся, какой индикатор реагирует на кислоты, и какой именно цвет получается в итоге при взаимодействии.

Лакмус при добавлении в кислоту меняет свой цвет на красный. Метилоранж при действии кислой среды также становится красным. Бесцветный фенолфталеин в кислотной среде не меняет свой цвет.

Свойства кислот:

  • Кислоты реагируют с основаниями с образованием соли и воды. Это мы можем видеть в реакции фосфорной кислоты с гидроксидом натрия:

H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + H2O

  • Кислоты взаимодействуют с основными оксидами. При этом также получается соль и вода. Примером взаимодействия может служить реакция соляной кислоты с оксида кальция. В итоге получается хлорид кальция и вода:

2HCl + CaO = CaCl2 + H2O

  • Кислоты также взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

HNO3 + ZnO = Zn(NO3)2 + H2O

  • Кислоты также могут реагировать с солями, но при этом нужно быть осторожнее и внимательнее. Эта реакция будет проходить, только в том случае, если в результате образуется либо нерастворимая соль, которая выпадет в осадок, либо образуется слабая кислота, например, уксусная кислота.

HCl + AgNO3 = AgCl(осадок) + HNO3

  • Кислоты реагируют с металлами. Тут также нужно быть осторожным. Существует электрохимический ряд металлов. Они все расположены по их или химическим свойствам. Соляная кислота, разбавленная серная кислота и другие будут вступать в реакцию с металлами только в том случае, если в этом ряду они находятся левее водорода. Концентрированные азотная и серная кислоты взаимодействуют с металлами по-другому.
  • При взаимодействии кислоты и активного металла образуется соль и вода.

Соли

Соли и их классификация

Мы добрались до последнего класса сложных соединений, это соли. Соли делятся по своим особенностям на кислые, средние и основные.

Средние соли получаются путем замещения атомов водорода в кислоте на атомы металлов.

K2SO4

Таким же образом получаются и другие виды солей.

Кислые соли получаются путем замещения атомов водорода на атомы металлов, но атомы водорода замещаются не полностью. Соответственно, от того, сколько атомов водорода осталось, и выбирается приставка в названии соли (гидро- или дигидро-).

NaHSO4 (Гидросульфат натрия)

Основные соли получаются путем присоединения кислотных остатков вместо гидроксильных групп. Гидроксильные группы замещаются не полностью.

(CaOH)Cl (Гидроксохлорид кальция)

Получение солей

Соль может получаться при взаимодействии металлов с неметаллами, при взаимодействии кислотных и основных оксидов, кислотных оксидов с основаниями, кислот с металлами, оксидов с кислотами, кислот с основаниями.

При взаимодействии кислот с солями в результате может получиться соль, если кислота будет менее активная, либо появится нерастворимая соль.

Взаимодействие металлов с солью будет давать в результате соль, если металл в соли менее активен.

Также соль может получиться в результате реакции соли с основанием, если выделится остаток в виде нерастворимой соли или основания.

Также возможно реакция двух солей с образованием также двух других солей, если одна из них нерастворимая.

Соли и их реакции

Если взять растворимую соль, то в водном растворе она будет диссоциировать на ионы. Если взять среднюю соль, она будет диссоциировать на катион металла (положительный) и кислотный анион.

Если это будет соль кислая, то она будет диссоциировать на катион металла и сложныйд анион. Если же это будет соль основная, то она будет диссоциировать на сложный катион и обычные кислотный анион.

Реакция соли с металлом будет проходить только в том случае, если реагирующий металл будет находиться в электрохимическом ряду металлов левее того, который находятся в соли. Он должен быть активнее, чтобы вытеснить металл из соли.

Также соли реагируют с щелочами. Здесь тоже нужно сделать оговорку. Эта реакция пойдёт только в том случае, если будут образовываться либо нерастворимая соль (осадок), либо нерастворимое основание.

Соли реагируют с кислотами при условии, что образуется либо более слабая кислота, либо нерастворимая соль.

Реакция взаимодействия солей друг с другом происходит только в том случае, если будет образовываться осадок.

Соли могут разлагаться при нагревании. При этом будут образовываться кислотные и основные оксиды. Например, реакция разложения карбоната магния под действием температуры приводит к образованию оксида магния и углекислого.

MgCO3 =T MgO + CO2

Основные соли могут реагировать с кислотами. При этом у них должны быть одинаковые кислотные остатки. В результате образуется средняя соль и вода.

По аналогии кислотные соли могут с реагировать с основаниями, имеющими тот же металл, с образованием средней соли и воды.

Аморфные и кристаллические вещества

Что означает слово «аморфное вещество»? Это значит вещество, не имеющие конкретной структуры и формы.

У кристаллических веществ, напротив, есть и форма и структура.

В основном представителями кристаллических веществ являются металлы, которых есть кристаллическая решетка. В кристаллической решётке атомы находятся в определенном порядке.

У аморфных веществ их атомы находятся в беспорядочном положении.

Кристаллические вещества имеют строго определенную температуру плавления. Это объясняется тем, что атомы в кристаллической решётке не могут свободно двигаться, они находятся на определёнными месте. При нагревании расстояние между атомами расширяется, и при достижении определённой температуры кристаллическая решётка начинает разрушаться и соединение приобретает жидкое агрегатное состояние.

У аморфных веществ при нагревании плавление происходит постепенно, то есть сначала плавятся участки, которые прилегают ближе всего к высокой температуре, а затем далее.

Давайте разберём на примерах, какая кристаллическая решётка будет прочнее. Возьмем две соли натрий йод и калий йод. Кислотные остатки у них одинаковые (йодиды), различаются только металлы.

По таблице Менделеева мы знаем, что радиус атома натрия имеет меньший радиус, чем у атома калия. Соответственно, расстояние между натрием и йодом будет меньше, чем расстояние между калием и йодом. Поэтому притягиваться они будут сильнее, и кристаллическая решётка будет плотнее.

NaI > KI

Возьмем еще два соединения фторид натрия и йодид натрия. Здесь уже металлы одинаковые, но различаются кислотные остатки. Также по таблице Менделеева мы обнаруживаем, что у фтора радиус атома меньше, соответственно фторид натрия будет иметь более прочную решётку.

NaF > NaI

Также давайте рассмотрим две соли фторид кальция и хлорид калия.

У кальция и калия радиусы примерно одинаковые, но заряд у кальция +2, в отличие от калия. То есть кальций будет более сильным катионом. Радиус атома фтора меньше, чем у хлора. Следовательно решетка у первого соединения будет прочнее.

CaF2 > KCl

Чистые вещества и смеси. Состав смесей.

Все вещества в природе делятся на простые и сложные.

Отличие их заключается в том, что простые вещества состоят из одного элемента, а сложные из нескольких.

У простых веществ, несмотря на кажущуюся простоту, также есть свои особенности и деление на виды. Как они образуются? Два атома одного вещества могут соединяться, образуя молекулы. Так образуются хлор, кислород, водород. Такие простые вещества имеют молекулярное строение, и название этих молекул будет совпадать с названием атомов с индексом (по количеству атомов).

Помимо молекулярного строения, также в природе встречается и атомное строение веществ, например, кристаллические решётки. Огромное количество атомов вещества связаны друг с другом и располагаются в вершинах этой решетки.

Существует у простых веществ такое явление или свойство как аллотропия. Аллотропия - это способность атомов одного вещества образовывать разные простые вещества.

Например, атом кислорода может образовывать вещество кислород (О2) или озон (О3).

Углерод, например, может быть в виде алмаза или графита.

Сложные вещества состоят из нескольких атомов. Атому, входящие в сложные вещества имеют совершено другие химические и физические свойства, нежели те, которые находятся в свободном состоянии.

Например, соль натрий хлор (NaCl) состоит из двух атомов твердого металлического натрия и газообразного хлора. При их взаимодействии образуется сложное вещество хлорид натрия, которое имеет вид порошка (поваренная соль).

В природе редко встречаются вещества по отдельности. Обычно, вещества входят в состав смесей. Например, воздух. Он состоит в основном из азота, кислорода и углекислого газа.

Смеси бывают гомогенные и гетерогенные. В гомогенных смесях не существует раздела сред, например, когда мы растворяем сахар в чае. Также хорошим примером гомогенных смесей является воздух.

В гетерогенных смесях наоборот, явно видна граница раздела сред, и мы можем четко отделить одно вещество от другого. Например, мы можем четко выделить частички песка из смеси его с солью.

Существует три способа разделения гетерогенных смесей:

  • фильтрование - смесь проходит через какой-либо сорбент (фильтровальная бумага, фильтры с разным размером ячеек)
  • отстаивание - разные вещества имеют разную скорость отстаивания
  • магнитная сепарация - разные вещества имеют разные магнитные свойства

Для разделения гомогенных смесей также существует несколько способов, но они несколько сложнее предыдущих:

  • выпаривание - выделение вещества из раствора при нагревании и выделении осадка
  • дистилляция или перегонка - отделение испарившегося вещества из раствора при нагревании и помещение его в другую емкость одновременно с охлаждением
  • хроматография - у разных веществ отличается скорость распределения по фильтрующему материалу

Поделитесь с друзьями или коллегами!



Посмотрите и другие темы:

Простые вещества, металлы и неметаллы, количество вещества

Простые вещества. Металлы. Неметаллы. Количество вещества. Моль. Молярная масса. Молярный объем газов.

25.12.2020
Древняя Греция

Древнегреческая мифология, боги Древней Греции. Произведения поэта Гомера Илиада и Одиссея. Древнее государство Спарта. Греко-персидские войны и их последствия.

28.07.2020
Соединения химических элементов

Степень окисления. Основные, кислотные и амфотерные оксиды. Основания. Кислоты и их реакции. Соли и их классификация. Получение солей. Соли и их реакции. Аморфные и кристаллические вещества. Чистые вещества и смеси, состав смесей. Решение задач на смеси. Физические явления в химии как основа разделения смесей.

29.12.2020


Комментарии

К данному материалу пока нет комментариев.


Добавить комментарий

CAPTCHA на основе изображений
Введите код с картинки