К важнейшим классам неорганических веществ по традиции относят вещества (металлы и неметаллы), оксиды (кислотные, основные и амфотерные), гидроксиды (часть кислот, основания, амфотерные гидроксиды) и соли. Вещества, относящиеся к одному и тому же классу, обладают сходными химическими свойствами. Но вы уже знаете, что при выделении этих классов используют разные классификационные признаки.
В этом параграфе мы окончательно сформулируем определения всех важнейших классов химических веществ и разберемся, по каким признакам выделяются эти классы.
Начнем с веществ (классификация по числу элементов, входящих в состав вещества). Их обычно делят на металлы и неметаллы (рис. 13.1-а).
Определение понятия " металл" вы уже знаете.
Металлы вещества, в которых атомы связаны между собой металлической связью.
Из этого определения видно, что главным признаком, позволяющим нам разделить вещества на металлы и неметаллы, является тип химической связи.
Image1016.gif (4425 bytes)
В большинстве неметаллов связь ковалентная. Но есть еще и благородные газы вещества элементов VIIIA группы), атомы которых в твердом и жидком состоянии связаны только межмолекулярными связями. Отсюда и определение.
Неметаллы вещества, в которых атомы связаны между собой ковалентными (или межмолекулярными) связями.
По химическим свойствам среди металлов выделяют группу так называемых амфотерных металлов. Это название отражает этих металлов реагировать как с кислотами, так и со щелочами (как амфотерные оксиды или гидроксиды) (рис. 13.1-б).
Кроме этого, из-за химической инертности среди металлов выделяют благородные металлы. К ним относят золото, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину. По традиции к благородным металлам относят и несколько более реакционно серебро, но не относят такие инертные металлы, как тантал, ниобий и некоторые другие. Есть и другие классификации металлов, например, в металлургии все металлы делят на черные и цветные, относя к черным металлам железо и его сплавы.
Из сложных веществ наибольшее значение имеют, прежде всего, оксиды (см.§2.5), но так как в их классификации учитываются кислотно-основные свойства этих соединений, мы сначала вспомним, что такое кислоты и основания.
Кислоты – сложные вещества, содержащие в своем составе ионы оксония или при взаимодействии с водой образующие в качестве катионов только эти ионы.
Основания – сложные вещества, содержащие в своем составе гидроксид-ионы или при взаимодействии с водой образующие в качестве анионов только эти ионы.
Таким образом, мы выделяем кислоты и основания из общей массы соединений, используя два признака: состав и химические свойства.
По составу кислоты делятся на кислородсодержащие (оксокислоты) и бескислородные (рис. 13.2).
Кислородсодержащие кислоты (оксокислоты) – кислоты, в состав которых входят атомы кислорода.
Бескислородные кислоты – кислоты, молекулы которых не содержат кислорода.
Image1017.gif (2992 bytes)
Следует помнить, что кислородсодержащие кислоты по своему строению являются гидроксидами.
Примечание. По традиции для бескислородных кислот слово кислота" используется в тех случаях, когда речь идет о растворе соответствующего индивидуального вещества, например: вещество HCl называют хлороводородом, а его водный раствор – хлороводородной или соляной кислотой.
Теперь вернемся к оксидам. Мы относили оксиды к группе кислотных или основных по тому, как они реагируют с водой (или по тому, из кислот или из оснований они получаются). Но с водой реагируют далеко не все оксиды, зато большинство из них реагирует с кислотами или щелочами, поэтому оксиды лучше классифицировать по этому свойству.
Объяснение:
Цепочка превращений:
C -> CO2 -> H2CO3 -> Na2CO3.
В результате сгорания углерода на воздухе образуется углекислый газ:
\[ C + O_2 \rightarrow CO_2 (600 - 700^{0}C).\]
Пропуская диоксид углерода через воду можно получить раствор угольной кислоты (реакция носит обратимый характер):
\[CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3.\]
Уравнение реакции получения карбоната натрия из угольной кислоты посредством её взаимодействия с гидроксидом натрия можно записать условно, поскольку данная кислота является неустойчивым соединением:
\[H_2CO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O.\]
В реальности соли угольной кислоты могут быть получены или действием диоксида углерода на щелочи, или путем обменных реакций между растворимыми солями угольной кислоты и солями других кислот. Например:
\[NaOH + CO_2 \rightarrow NaHCO_3;\]
\[ NaHCO_3 + NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O;\]
\[BaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow BaCO_3_{solid} + 2NaCl.\]
При действии кислот, даже таких слабых, как уксусная, все карбонаты разлагаются с выделением диоксида углерода. Этой реакцией часто пользуются для открытия карбонатов, так как выделение CO_2, легко обнаружить по характерному шипению.
При нагревании все карбонаты, кроме солей щелочных металлов, разлагаются с выделением CO_2. Продуктами разложения в большинстве случаев являются оксиды соответствующих металлов.