К неорганическим соединениям относят все сочетания химических элементов, которые не содержат углерод. Большинство известных соединений являются органическими, однако известно около 20 миллионов тех, которые принадлежат к классу неорганических. Огромное количество вызывает необходимость их классификации, то есть деления на группы.
Каждое из этих веществ обладает своими характеристиками, и поэтому можно выделить основные классы неорганических соединений. Для любого из них характерны различные способности взаимодействия с другими веществами, свои свойства. Химия, классы неорганических соединений в которой занимают важное место, рассматривает их классификацию с нескольких точек зрения.
Классификация неорганических веществ
Можно выделить несколько категорий, по которым подразделяются классы неорганических соединений. В соответствии со своим строением они могут быть простого и сложного состава. Простые вещества состоят из атомов одного вида. Они могут быть металлами и неметаллами. В некоторых источниках можно встретить информацию, что к простым веществам относят также благородные газы и амфотерные простые вещества.
Характеристика металлов
Атомы металлических соединений связаны между собой при помощи особой металлической связи, образуя кристаллическую сеть. Ионы металлов связываются между собой, образуя электронное облако.
Кристаллическая сеть создается всеми металлами, и этим обусловлены общие свойства большинства этих простых неорганических веществ. Например, такими свойствами являются высокая теплопроводность, пластичность, прочность, непрозрачность, высокая электропроводность.
Неметаллы
Неорганические соединения неметаллической природы отличаются большим многообразием. В этой группе можно встретить вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии. Примером твердого неметалла может служить сера, фосфор и т. д.; газообразного - водород, хлор; жидкого - бром.
Газообразные неметаллы обычно существуют в природе в виде двухатомных молекул, кроме благородных газов, которые существуют в виде одноатомных. Жидкие неметаллы также часто имеют молекулярное строение. Твердые вещества чаще всего образуют кристаллическую сеть, то есть обладают немолекулярным строением.
Сложные неорганические вещества
Чаще всего можно встретить классификацию сложных веществ по строению. Поэтому важнейшие классы неорганических соединений выглядят следующим образом:
1. Оксиды.
2. Гидроксиды:
- кислоты;
- основания;
- амфотерные гидроксиды.
Некоторые источники выделяют кислоты, основания и амфотерные гидроксиды как самостоятельные пункты классификации, однако в связи с тем, что и первые, и вторые, и третьи являются результатом взаимодействия оксидов с водой, все эти категории относят к гидроксидам.
Оксиды
Оксиды являются веществами, которые имеют в своем составе 2 элемента (или более), причем один из них - это обязательно кислород. Общая формула оксидов имеет вид Э х О у.
В зависимости от того, как взаимодействуют оксиды с другими веществами, их подразделяют на 3 категории: амфотерные, кислотные и основные.
Свойства классов неорганических соединений имеют значение при определении возможных реакций с их участием. Так, амфотерными являются те оксиды, которые при вступлении в реакцию с кислотами и основаниями образуют соли и воду. При вступлении в реакцию с водой данные соединения могут обладать кислотными и основными свойствами, то есть образовывать как кислоты, так и основания. К амфотерным относят соединения алюминия, хрома III, бериллия, железа III, цинка. Кислотные оксиды вступают в реакцию с водой и образуют кислоту, а при взаимодействии с основаниями - соли. Основные оксиды в реакции с водой образуют основания, а с основаниями - тоже соли.
В соответствии с другой классификацией, оксиды также делят по способности образовывать соли на солеобразующие и несолеобразующие. Несолетворные оксиды образуют кислоты, и для них невозможны реакции с образованием солей.
Гидроксиды
Эти соединения получают путем присоединения воды к оксидам либо косвенно в процессе ряда реакций. Те гидроксиды, что образованы основными оксидами, называют основаниями, а те, что образуются из амфотерных оксидов, - амфотерными гидроксидами.
Кислоты
Эти сложные вещества входятвосновные классы неорганических соединений, состоят из водорода и кислотного остатка. Наименование последнего позволяет дать название той или иной кислоте.
Кислоты как классы неорганических соединений могут быть одно-, двух- и трехосновными, что зависит от количества атомов водорода в их составе. Примером одноосновной кислоты служит соляная кислота (HCl), двухосновной - серная (H 2 SO 4) , а трехосновной - фосфорная (H 3 PO 4) .
Кислотные остатки также имеют свою классификацию, могут быть кислородсодержащими и бескислородными.
Атомы металлов способны замещать водород в кислотах, в таком случае получаются соли.
Понятие о солях
В основные классы неорганических соединений входят также соли. Это продукт замещения атомами металла водорода в кислотах или гидроксильных групп оснований на кислотные остатки. Соли образуются тогда, когда различные классы неорганических соединений взаимодействуют между собой.
В зависимости от степени замещения атомов различают средние, кислые и основные соли. Если происходит полное замещение атомов, то образовавшаяся соль средняя, если частичное, то, соответственно, кислая или основная. В том случае, когда состава реагентов достаточно для полного замещения, образуется средняя соль.
Когда при взаимодействии не хватает кислоты для получения средней соли, говорят о получении основной соли.
При вступлении в реакцию металлов с неметаллами образуется бескислородная соль, а когда в реакцию вступает кислотный и основный оксид, получают кислородсодержащую соль.
Понятие о связи между классами неорганических соединений
Выше мы упоминали о том, что некоторые вещества получают только косвенным путем, посредством нескольких реакций. Существует связь между классами неорганических соединений, о которой можно говорить в связи с тем, что различные сложные элементы вступают в реакции между собой, образуя новые вещества. Например, соль образуется при взаимодействии кислот с основаниями. Это так называемая генетическая связь классов неорганических соединений, суть которой в том, что взаимодействие происходит между разными классами неорганических веществ. Так, в реакции вступают основные и кислотные оксиды, основания и кислоты, металлы и неметаллы и т. д. Основные классы неорганических соединений, взаимодействуя, обеспечивают химические свойства этих групп веществ.
Вот некоторые из примеров, подтверждающих генетическую связь между разными классами соединений:
- Металлы при взаимодействии с неметаллами образуют соли.
- Металлы при взаимодействии с кислородом образуют оксиды.
- Неметаллы, соответственно, образуют в реакции с кислородом оксиды неметаллов.
- Основные и амфотерные оксиды, вступая в реакцию с кислотами или кислотными оксидами, образуют соли.
- Кислотные оксиды образуют соли при реакции с основаниями или основными оксидами.
- Кислотные оксиды вступают в реакцию с водой и образуют кислоты.
- Основания, вступая в реакцию с амфотерными гидроксидами, образуют соли.
Таким образом, деление на классы неорганических соединений позволяет сгруппировать их огромное количество и определить принципы их взаимодействия между собой и другими веществами. Кроме того, подобная группировка способствует более легкому усвоению и запоминанию свойств различных неорганических соединений.
Неорганические вещества делятся на четыре основных класса: оксиды, кислоты, основания, соли. Представим известные нам классы соединений в виде единой схемы:
Деление веществ на классы достаточно условно. Например, мы знаем, что кислоты подразделяются на одно-, двух- и трехосновные, но их обычно не выделяют в отдельные классы соединений. Точно также не являются отдельными классами сильные и слабые кислоты. Это же справедливо и для оснований. Между классами существует важная связь, которую называют генетической . Эта связь заключается в том, что из веществ одного класса можно получить вещества других классов. Существует два основных пути генетических связей между веществами: один из них начинается металлами, другой – неметаллами. Например, сульфат кальция CaSO 4 можно получить либо из металла кальция, либо другим путем – из неметалла серы:
С другой стороны, из соли можно опять прийти к металлу и неметаллу:
Одновременно существуют и другие пути взаимопревращений соединений разных классов. Таким образом, генетические связи между разными классами соединений очень многообразны.
Оксиды и их классификация.
Как мы уже знаем, оксиды бывают кислотные и основные. Это деление положено в основу их классификации.
Большинство кислотных оксидов хорошо реагирует с водой, давая кислоту. Например, кислый вкус простой газированной воды объясняется образованием угольной кислоты Н 2 СО 3 из кислотного оксида СО 2:
СО 2 + Н 2 О = Н 2 СО 3 (угольная кислота)
В простейших случаях формулу образующейся кислоты легко получить из формулы кислотного оксида простым сложением. Например:
Полученную соль кремниевой кислоты можно превратить в саму кремниевую кислоту добавлением другой кислоты:
Na 2 SiO 3 + 2 HCl = H 2 SiO 3 + 2 NaCl
Таким образом, кислотному оксиду всегда соответствует определенная кислота :
CO 2 (оксид углерода) – H 2 CO 3 (угольная кислота);
SO 3 (оксид серы VI) – H 2 SO 4 (серная кислота);
SiO 2 (оксид кремния) – H 2 SiO 3 (кремниевая кислота).
Поскольку реакция с основаниями является общей для всех кислотных оксидов, им можно дать такое определение:
Оксиды, которые взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды, называются КИСЛОТНЫМИ ОКСИДАМИ.
Кислотные оксиды, образованы в основном неметаллами. Следует запомнить только два оксида металлов, которые также являются кислотными. Это оксиды хрома и марганца, в которых металлы имеют наибольшую из всех возможных степень окисления:
CrO 3 (оксид хрома VI) – H 2 CrO 4 (хромовая кислота);
Mn 2 O 7 (оксид марганца VII) – HmnO 4 (марганцовая кислота).
Основные оксиды образуются только металлами. Некоторые из них легко реагируют с водой, давая соответствующее основание:
Li 2 O + H 2 O = 2 LiOH (основание – гидроксид лития).
Еще один пример – хорошо известная реакция получения гашеной извести из оксида кальция и воды.
CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 (основание – гидроксид кальция).
Существует, однако большое количество нерастворимых основных оксидов. Их относят именно к основным оксидам благодаря реакциям с кислотами :
ZnO + H 2 O = реакция не идет (ZnO не растворим в воде);
ZnO + 2 HCl = ZnCl 2 (соль) + H 2 O
Последняя реакция аналогична реакции нейтрализации между кислотой (HCl) и гидроксидом цинка Zn(OH) 2 , который мог бы получаться из ZnO, если бы оксид цинка растворялся в воде:
= Zn(OH) 2
Zn(OH) 2 + 2 HCl = ZnCl 2 (соль) + H 2 O
Каждому основному оксиду соответствует определенное основание:
MgO (оксид магния) – Mg(OH) 2 (гидроксид магния);
Fe 2 O 3 (оксид железа III) – Fe(OH) 3 (гидроксид железа III);
Na 2 O (оксид натрия) – NaOH (гидроксид натрия).
Таким образом, общее свойство основных оксидов заключается в способности реагировать с кислотами с образованием соли и воды.
Оксиды, которые взаимодействуют с КИСЛОТАМИ с образованием соли и воды, называются ОСНОВНЫМИ ОКСИДАМИ.
Оксиды хрома и марганца, в которых металл имеет низшую степень окисления, являются обыкновенными основными оксидами (как и оксиды всех остальных металлов). Вот какие гидроксиды им соответствуют:
CrO (оксид хрома II) – Cr(OH) 2 (гидроксид хрома II);
MnO (оксид марганца II) – Mn(OH) 2 (гидроксид марганца II).
Соединения хрома (II) крайне неустойчивы и быстро переходят в соединения хрома (III). С применением многих интересных оксидов мы уже познакомились в главе 6 «кислород».
Кислоты. Классификация кислот. Химические свойства .
Все кислоты, независимо от их происхождения, объединяет общее свойство – они содержат реакционноспособные атомы водорода. В связи с этим кислотам можно дать следующее определение:
Кислота – это сложное вещество, в молекуле которого имеется один или несколько атомов водорода и кислотный остаток.
Свойства кислот определяются тем, что они способны замещать в своих молекулах атомы водорода на атомы металлов. Например:
На примере серной кислоты рассмотрим ее образование из кислотного оксида SO 3 , а затем реакцию серной кислоты с магнием. Валентности всех элементов, участвующих в реакции, нам известны, поэтому напишем соединения в виде структурных формул:
Эти примеры позволяют легко проследить связь между кислотным оксидом SO 3 , кислотой H 2 SO 4 и солью MgSO 4 . Одно «рождается» из другого, причем атом серы и атомы кислорода переходят из соединения одного класса (кислотный оксид) в соединения других классов (кислота, соль).
Кислоты классифицируют по таким признакам: а) по наличию или отсутствию кислорода в молекуле б) по числу атомов водорода. По первому признаку кислоты делятся на кислородсодержащие и бескислородные
Таблица 4.1. Классификация кислот по составу.
По количеству атомов водорода, способных замещаться на металл, все кислоты делятся на одноосновные (с одним атомом водорода), двухосновные (с 2 атомами водорода) и трехосновные (с 3 атомами водорода), как показано в табл. 4.2:
Таблица 4.2. Классификация кислот по числу атомов водорода.
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:
HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O
HCl + KOH = KCl + H 2 O
Двухосновная кислота требует для своей нейтрализации уже два основания, а трехосновная – три основания:
H 2 SO 4 + 2 NaOH = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O
H 3 PO 4 + 3 NaOH = Na 3 PO 4 + 3 H 2 O
Рассмотрим важнейшие химические свойства кислот.
1. Действие растворов кислот на индикаторы . Практически все кислоты (кроме кремниевой) хорошо растворимы в воде. Растворы кислот в воде изменяют окраску специальных веществ – индикаторов . По окраске индикаторов определяют присутствие кислоты. Индикатор лакмус окрашивается растворами кислот в красный цвет, индикатор метиловый оранжевый – тоже в красный цвет.
Индикаторы представляют собой вещества сложного строения. В растворах оснований и в нейтральных растворах они имеют иную окраску, чем в растворах кислот.
2. Взаимодействие кислот с основаниями . Эта реакция, называется реакцией нейтрализации. Кислота реагируют с основанием с образованием соли, в которой всегда в неизменном виде обнаруживается кислотный остаток. Вторым продуктом реакции нейтрализации обязательно является вода. Например:
|
основание | ||||||
Для реакций нейтрализации достаточно, чтобы хотя бы одно из реагирующих веществ было растворимо в воде. Поскольку практически все кислоты растворимы в воде, они вступают в реакции нейтрализации не только с растворимыми, но и с нерастворимыми основаниями. Исключением является кремниевая кислота, которая плохо растворима в воде и поэтому может реагировать только с растворимыми основаниями – такими как NaOH и KOH:
H 2 SiO 3 + 2 NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 2 O
3. Взаимодействие кислот с основными оксидами . Поскольку основные оксиды – ближайшие родственники оснований – с ними кислоты также вступают в реакции нейтрализации:
Как и в случае реакций с основаниями, с основными оксидами кислоты образуют соль и воду. Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации.
Например, фосфорную кислоту используют для очистки железа от ржавчины (оксидов железа). Фосфорная кислота, убирая с поверхности металла его оксид, с самим железом реагирует очень медленно. Оксид железа превращается в растворимую соль FePO 4 , которую смывают водой вместе с остатками кислоты.
4. Взаимодействие кислот с металлами . Для взаимодействия кислот с металлом должны выполняться некоторые условия (в отличие от реакций кислот с основаниями и основными оксидами, которые идут практически всегда).
Во-первых, металл должен быть достаточно активным (реакционноспособным) по отношению к кислотам. Например, золото, серебро, ртуть и некоторые другие металлы с кислотами не реагируют. Такие металлы как натрий, кальций, цинк – реагируют очень активно с выделением газообразного водорода и большого количества тепла.
|
не образуется | ||||||
По реакционной способности в отношении кислот все металлы располагаются в ряд активности металлов (табл. 4-3). Слева находятся наиболее активные металлы, справа – неактивные. Чем левее находится металл в ряду активности, тем интенсивнее он взаимодействует с кислотами.
Таблица 4.3. Ряд активности металлов.
Во-вторых, кислота должна быть достаточно сильной , чтобы реагировать даже с металлом из левой части табл. 4-3. Под силой кислоты понимают ее способность отдавать ионы водорода H + .
Например, кислоты растений (яблочная, 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 из левой части табл. 4.3.
В связи с этим существует еще одна классификация кислот – по силе. В таблице 4.4 в каждой из колонок сила кислот уменьшается сверху вниз.
Таблица 4.4. Классификация кислот на сильные и слабые кислоты.
Следует помнить, что в реакциях кислот с металлами есть одно важное исключение. При взаимодействии металлов с азотной кислотой водород не выделяется. Это связано с тем, что азотная кислота содержит в своей молекуле сильный окислитель – азот в степени окисления +5. Поэтому с металлами в первую очередь реагирует более активный окислитель N +5 , а не H + , как в других кислотах. Выделяющийся все же в каком-то количестве водород немедленно окисляется и не выделяется в виде газа. Это же наблюдается и для реакций концентрированной серной кислоты , в молекуле которой сера S +6 также выступает в роли главного окислителя. Состав продуктов в этих окислительно-восстановительных реакциях зависит от многих факторов: активности металла, концентрации кислоты, температуры. Например:
Cu + 4 HNO 3 (конц.) =Cu(NO 3) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O
3 Cu + 8HNO 3 (разб.) = 3 Cu(NO 3) 2 + 2 NO + 4 H 2 O
8 K + 5 H 2 SO 4 (конц.) = 4 K 2 SO 4 + H 2 S + 4 H 2 O
3 Zn + 4 H 2 SO 4 (конц.) = 3 ZnSO 4 + S + 4 H 2 O
Есть металлы, которые реагируют с разбавленными кислотами, но не реагирует с концентрированными (т.е. безводными ) кислотами – серной кислотой и азотной кислотой.
Эти металлы – Al, Fe, Cr, Ni и некоторые другие – при контакте с безводными кислотами сразу же покрываются продуктами окисления (пассивируются). Продукты окисления, образующие прочные пленки, могут растворяться в водных растворах кислот, но нерастворимы в кислотах концентрированных.
Это обстоятельство используют в промышленности. Например, концентрированную серную кислоту хранят и перевозят в железных бочках.
Классификация неорганических соединений. Оксиды, их состав, названия. Класификация оксидов. Оксиды в природе
Под классификацией понимают объединение разнообразных и многочисленных соединений в определенные группы или классы, которые имеют подобные свойства.
Неорганические соединения — это соединения, которые образуются всеми химическими элементами (кроме большинства органических соединений углерода). По химическому составу неорганические вещества делятся на простые и сложные. Простые вещества (образованные атомами одного химического элемента) по химическим свойствам делятся на металлы и неметаллы. Сложные вещества (образованные атомами различных химических элементов) по составу и химическим свойствам делятся на оксиды, основания, кислоты и соли. Теперь рассмотрим более подробно такой класс сложных неорганических соединений как оксиды.
Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород. По современным научным украинские номенклатуре при построении названия оксида сначала называют катион, а затем добавляют название аниона — оксид. Если элемент образует оксид, проявляет переменную валентность, то ее обязательно указывают в названии оксида. Атомы таких химических элементов водорода, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, фтора проявляют постоянную валентность один. Атомы Бериллия, магния, кальция, стронция, бария, цинка проявляют постоянную валентность два. Атомы алюминия и Бора проявляют постоянную валентность три. Атомы других химических элементов проявляют переменную валентность.
Оксиды делят на две группы: солетворни и несолетворни . Несолетворнимы называют оксиды неметаллов, которым соответствуют кислоты, и которые не вступают в химические реакции, сопровождающиеся образованием солей. Например, карбон (II) оксид, CO, оксид (II) оксид NO, оксид (I) оксид N2O.
Солетворни оксиды делят на три группы: основные, кислотные и амфотерные
.
К основным относятся оксиды типичных металлов, им соответствуют гидроксиды, которые проявляют свойства оснований. Например, магний оксид, MgO, натрий оксид Na2O, барий оксид BaO. Кислотных относятся оксиды неметаллов, им соответствуют гидроксиды, которые проявляют свойства кислот.
Например, карбон (IVоксид CO2, фосфор (V) оксид P2O5, серы (VI) оксид SO3.
Амфотерными называют оксиды, которые имеют двойственную природу: они одновременно способны к химическим реакциям, в которые вступают как кислотные, так и основные оксиды. В амфотерных оксидов относятся алюминий оксид Al2O3, окись цинка ZnO, бериллий оксид BeO, хром (III) оксид Cr2O3, феррум (III) оксид Fe2O3 и ряд других.
Оксиды широко распространены в природе. В огромных количествах встречаются водород оксид (вода) H2O и кремний (IV) оксид (кремнезем) SiO2. В природе кремнезем встречается в виде минерала кварца и многих его разновидностей (кварцевый песок, горный хрусталь, кремень, яшма, агат, опал и др.). Многие из минералов являются оксидами. Например, гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4, касситерит SnO2 и многие другие.
Неорганические вещества делят на классы либо по составу (бинарные и многоэлементные; кислородосодержащие, азотсодержащие и т.п.), либо по функциональным признакам.
К важнейшим классам неорганических соединений, выделяемых по функциональным признакам, относятся соли, кислоты, основания и оксиды.
Соли – это соединения, которые в растворе диссоциируют на катионы металла и кислотные остатки. Примерами солей могут служить, например, сульфат бария BaSO 4 и хлорид цинка ZnCl 2 .
Кислоты – вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода. Примерами неорганических кислот могут служить соляная (НCl), серная (H 2 SO 4), азотная (HNO 3), фосфорная (H 3 PO 4) кислоты. Наиболее характерное химическое свойство кислот – их способность реагировать с основаниями с образованием солей. По степени диссоциации в разбавленных растворах кислоты подразделяются на сильные кислоты, кислоты средней силы и слабые кислоты. По окислительно–восстановительной способности различают кислоты–окислители (HNO 3) и кислоты–восстановители (HI, H 2 S). Кислоты реагируют с основаниями, амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей.
Основания – вещества, диссоциирующие в растворах с образованием только гидроксид-анионов (OH 1–). Растворимые в воде основания называют щелочами (КОН, NaOH). Характерное свойство оснований – взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды.
Оксиды –это соединения двух элементов, один из которых кислород. Различают оксиды основные, кислотные и амфотерные. Основные оксиды образованы только металлами (CaO, K 2 O), им соответствуют основания (Ca(OH) 2 , KOH). Кислотные оксиды образуются неметаллами (SO 3 , P 2 O 5) и металлами, проявляющими высокую степень окисления (Mn 2 O 7), им соответствуют кислоты (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , HMnO 4). Амфотерные оксиды в зависимости от условий проявляют кислотные и основные свойства, взаимодействуют с кислотами и основаниями. К ним относятся Al 2 O 3 , ZnO, Cr 2 O 3 и ряд других. Существуют оксиды, не проявляющие ни основных, ни кислотных свойств. Такие оксиды называются безразличными (N 2 O, CO и др.)
Классификация органических соединений
Углерод в органических соединениях, как правило, образует устойчивые структуры, в основе которых лежат углерод-углеродные связи. В способности образовывать такие структуры углерод не имеет себе равных среди других элементов. Большинство органических молекул состоит из двух частей: фрагмента, который в ходе реакции остаётся без изменения, и группы, подвергающейся при этом превращениям. В связи с этим определяется принадлежность органических веществ к тому или иному классу и ряду соединений.
Неизменный фрагмент молекулы органического соединения принято рассматривать в качестве остова молекулы. Он может иметь углеводородную или гетероциклическую природу. В связи с этим можно условно выделить четыре больших ряда соединений: ароматический, гетероциклический, алициклический и ациклический.
В органической химии также выделяют дополнительные ряды: углеводороды, азотсодержащие соединения, кислородосодержащие соединения, серосодержащие соединения, галогеносодержащие соединения, металлоорганические соединения, кремнийорганические соединения.
В результате комбинации этих основополагающих рядов образуются составные ряды, например: "Ациклические углеводороды", "Ароматические азотсодержащие соединения".
Наличие тех или иных функциональных групп либо атомов элементов определяет принадлежность соединения к соответствующему классу. Среди основных классов органических соединений выделяют алканы, бензолы, нитро- и нитрозосоединения, спирты, фенолы, фураны, эфиры и большое количество других.
В нашу задачу не входит подробное описание органических соединений, их номенклатуры, структуры и химических свойств. Студентам предлагается вспомнить школьный курс общей и органической химии или обратиться к многочисленным литературным источникам.
Типы химических связей
Химическая связь – это взаимодействие, удерживающее два или несколько атомов, молекул или любую комбинацию из них. По своей природе химическая связь представляет собой электрическую силу притяжения между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными атомными ядрами. Величина этой силы притяжения зависит главным образом от электронной конфигурации внешней оболочки атомов.
Способность атома образовывать химические связи характеризуется его валентностью. Электроны, участвующие в образовании химической связи, называются валентными.
Различают несколько типов химических связей: ковалентную, ионную, водородную, металлическую.
При образовании ковалентной связи происходит частичное перекрывание электронных облаков взаимодействующих атомов, образуются электронные пары. Ковалентная связь оказывается тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака.
Различают полярную и неполярную ковалентные связи.
Если двухатомная молекула состоит из одинаковых атомов (H 2 , N 2), то электронное облако распределяется в пространстве симметрично относительно обоих атомов. Такая ковалентная связь называется неполярной (гомеополярной). Если же двухатомная молекула состоит из разных атомов, то электронное облако смещено к атому с большей относительной электроотрицательностью. Такая ковалентная связь называется полярной (гетерополярной). Примерами соединений с такой связью могут служить HCl, HBr, HJ.
В рассмотренных примерах каждый из атомов обладает одним неспаренным электроном; при взаимодействии двух таких атомов создается общая электронная пара – возникает ковалентная связь. В невозбужденном атоме азота имеется три неспаренных электрона, за счет этих электронов азот может участвовать в образовании трех ковалентных связей (NH 3). Атом углерода может образовать 4 ковалентные связи.
Перекрывание электронных облаков возможно только при их определенной взаимной ориентации, при этом область перекрывания располагается в определенном направлении по отношению к взаимодействующим атомам. Другими словами, ковалентная связь обладает направленностью. Энергия ковалентных связей находится в пределах 150–400 кДж/моль.
Химическая связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением, называется ионной связью . Её можно рассматривать как предел полярной ковалентной связи. Ионная связь в отличие от ковалентной не обладает направленностью и насыщаемостью.
Важным типом химической связи является связь электронов в металле. Металлы состоят из положительных ионов, которые удерживаются в узлах кристаллической решетки, и свободных электронов. При образовании кристаллической решетки валентные орбитали соседних атомов перекрываются и электроны свободно перемещаются из одной орбитали в другую. Эти электроны уже не принадлежат определенному атому металла, они находятся на гигантских орбиталях, которые простираются по всей кристаллической решетке. Химическая связь, осуществляемая в результате связывания положительных ионов решетки металла свободными электронами, называется металлической.
Между молекулами (атомами) веществ могут осуществляться слабые связи. Одна из самых важных – водородная связь , которая может быть межмолекулярной и внутримолекулярной . Водородная связь возникает между атомом водорода молекулы (он заряжен частично положительно) и сильно электроотрицательным элементом молекулы (фтор, кислород и т.п.). Энергия водородной связи значительно меньше энергии ковалентной связи и не превышает 10 кДж/моль. Однако этой энергии оказывается достаточно для создания ассоциаций молекул, затрудняющих отрыв молекул друг от друга. Водородные связи играют важную роль в биологических молекулах, во многом определяют свойства воды.
Силы Ван-дер-Ваальса также относятся к слабым связям. Они обусловлены тем, что любые две нейтральных молекулы (атома) на очень близких расстояниях слабо притягиваются из-за электромагнитных взаимодействий электронов одной молекулы с ядрами другой и наоборот.
» Неорганические вещества
К группе неорганических веществ относятся все вещества, противоположные по своей сути органическим. То есть, этот означает, что в составе неорганических веществ отсутствует углерод. Исключение составляют карбиды, цианиды, карбонаты и оксид углерода.
Все неорганические вещества подразделяются на две большие группы:
Простые вещества
Сложные вещества.
Простые вещества
Это вещества, состоящие из атомов одного элемента.
Подразделяются на две большие группы:
Металлы,
Неметаллы.
Металлы
Металлы - называется группа простых тел, обладающих известными характерными свойствами, которые в типических представителях резко отличают металлы от других химических элементов.
В физическом отношении это по большей части тела твердые при обыкновенной температуре, непрозрачные (в толстом слое), обладающие известным блеском, ковкие, тягучие, хорошие проводники тепла и электричества и прочее. В химическом отношении для них является характерной способность образовать с кислородом основные окислы, которые, соединяясь с кислотами, дают соли.
К металлам относятся: железо, медь, цинк, кальций, калий, алюминий, золото, серебро, натрий, олово, бериллий и т.д.
Неметаллы
Неметаллами называется группа простых тел, обладающих известными характерными свойствами, которые резко отличают неметаллы от других химических элементов.
В физическом отношении это различные тела твердые: твердые, жидкие и газообразные.
К неметаллам относятся: водород, кислород, азот, фосфор, сера, углерод, аргон, неон и т.д.
Сложные вещества
Это вещества, состоящие из атомов двух и более элементов. Подразделяются на четыре большие группы:
Основания
Кислоты
Оксиды
Оксиды - это соединения различных химических элементов с кислородом.
В зависимости от химических свойств различают:
Солеобразующие оксиды,
Несолеобразующие оксиды.
Солеобразующие оксиды - это оксиды, дающие при взаимодействии с другими элементами соли. Они подразделяются на 3 группы:
Основные оксиды (оксид натрия Na2O, оксид меди (II) CuO),
Кислотные оксиды (оксид серы SO3, оксид азота NO2),
Амфотерные оксиды (оксид цинка ZnO, оксид алюминия Аl2О3)
Несолеобразующие оксиды - это оксиды, не дающие при взаимодействии с другими элементами соли. Обычно они распадаются до газа и воды.
Пример: оксид углерода СО, оксид азота NO.
Основания
Это вещества, молекулы которых состоят из молекул металла и гидрокс-группы - ОН. Основания образуются при взаимодействии ряда металлов (натрий, калий) или некоторых оксидов (оксид кальция CaO) с водой.
Пример: NaOH, Ca(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3.
Кислоты
Называется группа соединений с известной, довольно определенной химической функцией. Эта функция выражена в таких типичных представителях этой группы, как серная кислота H2SO4, азотная кислота HNO3, соляная кислота НСl и прочие.
Существует большое количество классификаций кислот, среди которых особый интерес представляют две - по содержанию кислорода и по принадлежности к классу химических соединений.
Классификация кислот по содержанию кислорода:
Безкислородные (HCl, H2S, HBr)
Классификация кислот по принадлежности к классу химических соединений:
Неорганические (HBr,HCl, H2S, HNO3, H2SO4),
Органические (HCOOH, CH3COOH).
Соли
Это химическое соединение, образовавшееся в результате взаимодействия кислоты и основания.
Пример: NaCl, KNO3, CuSO4, Ca3(PO4)2.