Кислоты, основания, соли, оксиды
Первоначальные сведения о классах соединений. Оксиды, кислоты, основания, соли.
Оксид - это вещество из двух элементов, в состав которых входит кислород.
Оксиды бывают основные и кислотные. Кислотные оксиды это те оксиды, в которых элемент имеет максимальную степень окисления. У серы может быть +4, +6.
Кислотные оксиды способны превращаться в кислоты. Кислотные оксиды чаще всего состоят из неметаллов, кроме редких исключений.
SO3 + H2O =H2SO4
Основные оксиды образуются металлами. Основные оксиды образуют основания (гидроксиды).
СaO+H2O=Ca(OH)2
Рассмотрим кислоты и основания, общее в том, что и кислоты, и основания отдают свой ион в химических реакциях.
H2 SO4+Zn=ZnSO4+ H2
Реакция показывает, что молекула любой кислоты состоит из водорода и кислотного остатка.
У оснований тоже гидрокси-группа переходит из одного состояния в другое.
Ca (OH)2 + 2H Cl = Ca Cl2 + 2H2O (или 2НОН)
При реакции кислоты и основания образуются соли.
HCl+NaOH-=NaCl+H2O
2HNO3+Ba(OH)2->Ba(NO3)2+2H2O
H2SO4+2KOH->K2SO4+2H2O
HF + LiOH = LiF + H2O
Кислоты
Кислота – это вещество, в молекуле которого имеется один или несколько атомов водорода и кислотный остаток.
Свойства кислот определяются тем, что они способны заменять в своих молекулах атомы водорода на атомы металлов. H2SO4+Mg=MgSO4+H2
H2SO4+MgO->MgSO4+H2O
Кислоты делят по таким признакам:
1) по наличию или отсутствию кислорода в молекуле
2) по числу атомов водорода.
Кислородсодержащие кислоты:
H2SO4 серная кислота
H2SO3 сернистая кислота
HNO3 азотная кислота
H3PO4 фосфорная кислота
H2CO3 угольная кислота
H2SiO3 кремниевая кислота
Бескислородные кислоты:
HF фтороводородная кислота
HCl хлороводородная кислота (соляная кислота)
HBr бромоводородная кислота
HI йодистоводородная кислота
H2S сероводородная кислота
По количеству атомов водорода, способных замещаться на металл, все кислоты делятся на одноосновные (с одним атомом водорода), двухосновные (с 2 атомами Н) и трех основные (с 3 атомами Н).
Одноосновные
HNO3 азотная
HF фтороводородная
HCl хлороводородная
HBr бромоводородная
Двухосновные.
H2SO4 серная кислота
H2SO3 сернистая кислота
H2CO3 угольная кислота
Трех основные
H3PO4 фосфорная кислота
Термин "одноосновная кислота" возник потому, что для нейтрализации одной молекулы такой кислоты требуется "одно основание", т. е. одна молекула какого-либо простейшего основания типа NaOH или KOH:
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
HCl + KOH=KCl + H2O
Двухосновная кислота требует для своей нейтрализации уже "два основания", а трех основная – "три основания":
H2SO4+2KOH = K2SO4+2H2O
H3PO4+3KOH = K3PO4+3H2O
Взаимодействие кислот с основаниями.
Кислота реагируют с основанием с образованием соли, в которой всегда в неизменном виде обнаруживается кислотный остаток. Вторым продуктом реакции нейтрализации обязательно является вода.
H2SO4+Ca(OH)2-= CaSO4+2H2O
H3PO4+Fe(OH)3=FePO4+3H2O
2 H3PO4+3Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+6H2O
Взаимодействие кислот с основными оксидами.
Основные оксиды – как и основания кислоты также вступают в реакции нейтрализации с образованием соли и воды:
2HCl+CaO->CaCl2+H2O
2H3PO4+Fe2O3->2FePO4+3H2O
Взаимодействие кислот с металлами.
Тут все немного сложней, поскольку металлы реагируют очень медленно с кислотами, то необходимо чтобы металл был очень активным, Na, K, Zn и т. д кто не в курсе сюда.
2HCl+2Na=2NaCl+H2
H2SO4+Zn=ZnSO4+H2
Во-вторых, кислота должна быть достаточно сильной, чтобы реагировать даже с металлом потенциал которого меньше чем у водорода.
Под силой кислоты понимают ее способность отдавать ионы водорода H+.
Например, кислоты растений (лимонная, щавелевая и т. д.) являются слабыми кислотами и очень медленно реагируют с такими металлами как цинк, хром, железо, никель, олово, свинец (хотя с основаниями и оксидами металлов они способны реагировать).
С другой стороны, такие сильные кислоты как серная или соляная (хлороводородная) способны реагировать со всеми металлами электродный потенциал которых меньше водорода ( т. е меньше 0).
В связи с этим существует еще одна классификация кислот – по силе. Посмотрим ряд с лева на право сила снижается.
Сильные кислоты.
HI ->HBr->HCl->H2SO4->HNO3
Слабые кислоты.
HF->H3PO4->H2SO3->H2S->H2CO3->H2SiO3
Есть пара исключений.
В HNO3 при реакции с металлом водород не будет выделяться, как и при реакции с концентрированной H2SO4. Логика в принципе проста.
В составе HNO3 в реакцию вступает не водород, а азот (N) заряд у него + 5. А в серной кислоте H2SO4 вступает сера (S) заряд + 6.
Cu + 4HNO3(конц.) =Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
8K + 5H2SO4(конц.) = 4K2SO4 + H2S + 4H2O
3Zn + 4H2SO4(конц.) = 3ZnSO4 + S + 4H2O
Основания. Свойства и классификация оснований. Щелочи.
Если вещество содержит гидрокси-группы (ОН), которые могут диссациировать (подобно отдельному "атому") в реакциях с другими веществами, то такое вещество является основанием. Например:
NaOH – гидроксид натрия
KOH – гидроксид калия
Ba(OH)2 - гидроксид бария
Fe(OH)3 - гидроксид железа (III)
Ca(OH)2 – гидроксид кальция
Гидрокси-группы одновалентны, поэтому формулу основания составить совсем не сложно по валентности металла.
Основания бывают растворимыми и нерастворимыми. Растворимые основания называются щелочами.
Растворы щелочей мыльные и едкие. Они разъедают кожу, ткани, бумагу, очень опасны (как и кислоты) при попадании в глаза. Поэтому при работе со щелочами и кислотами необходимо пользоваться защитными очками. Если щелочь попала на кожу (в лицо) нужно промыть это место большим количеством воды и нейтрализовать какой нибудь кислотой.
Щелочь+кислота=Соль + вода.
Щелочами называют небольшую часть оснований. Это, KOH – гидроксид калия (едкое кали), NaOH – гидроксид натрия (едкий натр), LiOH – гидроксид лития, Ca(OH)2 – гидроксид кальция (его раствор называется известковой водой), Ba(OH)2 – гидроксид бария. Большинство других оснований в воде нерастворимы и щелочами их не называют.
2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O
К сильным основаниям относят щелочи:
NaOH гидроксид натрия (едкий натр)
KOH гидроксид калия (едкое кали)
LiOH гидроксид лития
Ba(OH)2 гидроксид бария
Ca(OH)2 гидроксид кальция (гашеная известь)
К слабым основаниям:
Mg(OH)2 гидроксид магния
Fe(OH)2 гидроксид железа (II)
Zn(OH)2 гидроксид цинка
NH4OH гидроксид аммония
Fe(OH)3 гидроксид железа (III)
и др. большинство гидроксидов металлов.
Сила основания важна в реакциях со слабыми кислотами. Слабое основание и слабая кислота реагируют лишь в незначительной степени. Сильное основание легче реагирует с любой кислотой независимо от её силы.
Еще одно свойство оснований – способность разлагаться при нагревании на воду и основной оксид.
Cu(OH)2 = CuO + H2O (при нагревании)
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O (при нагревании)
Амфотерные основания
Амфотерные основания - это гидроксиды которые способны отдавать не только гидрокси-группу (ОН-) Но и Н2.
Разбираем пример Zn(OH)2 - амфотерное основание Основания можно записывать так: H2ZnO2.
Смотрим.
H2ZnO2 +2NaOH=Na2ZnO2+2H2O
Почему так происходит?
Энергетически такое соединение более выгодно, можно проверить расчетом энергии Гиббса. Амфотерность проявляется у тех металлов которые ближе стоят к неметаллам, вероятная причина состоит в том, что неметаллы с кислородом имеют ковалентные связи (прочные), а металлы образуют с кислородом ионные связи, которые менее прочны. К амфотерным относятся Al(OH)3, Cr(OH)3, Be(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)4.
Соли, название и классификация.
Соли - это вещества в которых атомы металлов связаны с кислотным остатком.
Например. Na2SO4.
Исключение (NH4)2SO4 – сульфат аммония.
Название солей зависят как от самого металла, так и от их кислотного остатка. Условно можно разделить на кислородсодержащие и бескислородные. Названия кислородсодержащих солей имеют окончания "ат", а названия бескислородных солей окончания "ид". Иногда заканчиваются на "ит". Например, Na2SO3 – сульфит натрия. Сделано для того чтобы отличать SO4 от SO3.
Все соли разделяются на средние, кислые и основные.
Средние соли содержат только атомы металла и кислотного остатка.
Любую соль можно получить обычным титрованием.
H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O
Из реакции видно, что для получения 1 моля соли нужно 2 моля основания.
Если будет только 1 моль основания, то есть меньше, чем требуется для полной нейтрализации, то образуется кислая соль – гидросульфат натрия.
H2SO4+NaOH=NaHSO4+H2O
Нужно понимать, что кислую соль может образовать только много основная кислота. (H2SO4, H3PO4 и т. д ) а не одноосновными (HNO3). Основные же соли образуются при неполной нейтрализации основания. Mg(OH)2+2HNO3=MgNO3+2H2O (Средняя соль)
Mg(OH)2+HNO3=Mg(OH)NO3+H2O (Основная соль содержат гидроксо-группы)
Так же как и выше понимаем, что однокислотная соль основной быть не сможет. (Na, K валентность равна 1).
