Основные классы неорганических соединений: свойства и классификация

Классификация веществ: простые и сложные, металлы и неметаллы

Добро пожаловать в курс «Основные классы неорганических соединений». Чтобы понять, как устроен мир химии, мы начнем с самого фундамента — классификации веществ. Прежде чем изучать сложные реакции, необходимо научиться различать «строительные блоки» материи.

Вещество и химический элемент

В повседневной жизни мы часто путаем понятия «физическое тело» и «вещество». Физическое тело — это любой предмет, имеющий форму и объем (например, стакан, гвоздь, капля росы). Вещество — это то, из чего состоит физическое тело (стекло, железо, вода).

В основе любого вещества лежат химические элементы. Это определенный вид атомов. На данный момент известно 118 химических элементов, которые сведены в Периодическую систему Д.И. Менделеева. Однако веществ в мире насчитывается десятки миллионов. Как из ограниченного набора элементов получается такое многообразие?

Ответ кроется в способе соединения атомов. В зависимости от состава, все вещества делятся на две большие группы: простые и сложные.

Простые вещества

Простые вещества — это вещества, образованные атомами одного химического элемента.

Это значит, что если мы «разберем» такое вещество на атомы, то все они будут абсолютно одинаковыми. Примеры простых веществ:

* Водород () — состоит только из атомов водорода. * Железо () — состоит только из атомов железа. * Аргон () — состоит только из атомов аргона.

> Если в образовании вещества участвуют атомы только одного химического элемента, то вещество считается простым. > > По данным skysmart.ru

Аллотропия: почему простых веществ больше, чем элементов?

Химических элементов всего 118, а простых веществ — более 400. Это возможно благодаря явлению аллотропии. Один и тот же химический элемент может образовывать несколько различных простых веществ, которые называются аллотропными модификациями.

Классический пример — элемент кислород (). Он образует два простых вещества:

Кислород () — газ, которым мы дышим.

Озон () — газ с резким запахом, защищающий Землю от ультрафиолета.

Другой пример — элемент углерод (). Он может существовать в виде мягкого черного графита (в карандашах) или сверхтвердого прозрачного алмаза. Состав один и тот же, но кристаллическая решетка (порядок соединения атомов) разная, что приводит к кардинально разным свойствам.

Металлы и неметаллы

Простые вещества традиционно делят на две группы: металлы и неметаллы. Эта классификация основана на их физических и химических свойствах.

Металлы

К металлам относится большинство известных химических элементов (около 80%). Их легко узнать по характерным физическим свойствам:

* Металлический блеск. * Высокая электропроводность и теплопроводность (хорошо проводят ток и тепло). * Пластичность и ковкость (могут изменять форму без разрушения). * Твердое агрегатное состояние при обычных условиях (единственное исключение — ртуть , которая является жидкостью).

С точки зрения строения атома, металлы — это элементы, которые в химических реакциях склонны отдавать электроны.

Неметаллы

Неметаллы — это полная противоположность металлам. Их физические свойства гораздо более разнообразны:

* Не имеют металлического блеска (исключение — йод и графит). * Плохо проводят тепло и электричество (являются изоляторами или полупроводниками). * В твердом состоянии хрупкие (рассыпаются при ударе). * Встречаются во всех трех агрегатных состояниях: газы (), жидкости (), твердые вещества ().

> Неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, хрупки, очень плохо проводят теплоту и электричество. > > Согласно chem-astu.ru

Как определить по таблице Менделеева?

Чтобы понять, является элемент металлом или неметаллом, не обязательно запоминать свойства каждого. Достаточно посмотреть на Периодическую таблицу.

Нужно провести условную диагональ от Бора (, №5) к Астату (, №85).

Металлы находятся ниже и левее этой диагонали (включая все элементы побочных подгрупп).

Неметаллы находятся выше и правее этой диагонали.

Важное исключение: Водород () находится в левом верхнем углу, но является неметаллом.

Сложные вещества

Сложные вещества (или химические соединения) — это вещества, состоящие из атомов двух и более различных химических элементов.

Примеры: * Вода () — состоит из водорода и кислорода. * Поваренная соль () — состоит из натрия и хлора. * Серная кислота () — состоит из водорода, серы и кислорода.

Сложные вещества делятся на две глобальные категории:

Органические вещества — соединения углерода (кроме простейших, таких как ). Их изучает органическая химия.

Неорганические вещества — соединения всех остальных элементов, а также простые углеродные соединения. Именно их мы будем изучать в этом курсе.

> Сложные вещества — это вещества, образованные атомами различных химических элементов. Например, вода () состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. > > По данным skysmart.ru

Количественная характеристика: Относительная молекулярная масса

Чтобы работать с веществами, химикам нужно знать их массу. Так как атомы невероятно легкие, использовать граммы неудобно. Поэтому используют относительную атомную массу (), указанную в таблице Менделеева.

Для сложных веществ рассчитывают относительную молекулярную массу (). Она показывает, во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы атома углерода.

Формула для расчета:

Где: * — относительная молекулярная масса вещества (безразмерная величина). * — индексы (количество атомов) каждого элемента в формуле. * — относительные атомные массы элементов (берутся из таблицы Менделеева).

Пример расчета

Рассчитаем относительную молекулярную массу серной кислоты ().

Из таблицы Менделеева берем атомные массы (обычно округляем до целых): * Водород (): * Сера (): * Кислород ():

Подставляем в формулу:

Где: * — масса двух атомов водорода. * — масса одного атома серы. * — масса четырех атомов кислорода. * — итоговая относительная молекулярная масса.

Это число означает, что молекула серной кислоты в 98 раз тяжелее 1/12 части атома углерода.

Итоги

Вещества делятся на простые (один вид атомов) и сложные (разные виды атомов).

Аллотропия — явление существования нескольких простых веществ, образованных одним элементом (например, кислород и озон).

Простые вещества делятся на металлы (блеск, ковкость, электропроводность) и неметаллы (хрупкость, изоляторы).

Граница между металлами и неметаллами в таблице Менделеева проходит по диагонали от Бора к Астату.

Относительная молекулярная масса () складывается из атомных масс всех элементов с учетом их индексов.

Оксиды: состав, номенклатура и химические свойства

В предыдущей статье мы разделили все вещества на простые и сложные. Теперь мы переходим к изучению самого распространенного класса сложных неорганических соединений — оксидов. Мы дышим оксидами (углекислый газ), пьем оксид (вода) и ходим по оксидам (песок, глина).

Что такое оксиды?

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления -2.

Общая формула оксидов выглядит так:

Где: * — химический элемент (металл или неметалл). * — кислород. * и — индексы, показывающие число атомов элемента и кислорода соответственно.

Важно помнить: соединение фтора с кислородом () оксидом не является. Так как фтор более электроотрицателен, чем кислород, это вещество называют фторидом кислорода.

> Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых — кислород. Кислород в оксидах проявляет степень окисления –2. > > Согласно profil.adu.by

Номенклатура: как называть оксиды

Давать имена оксидам очень просто. Название строится по схеме:

«Оксид» + название элемента в родительном падеже + (валентность римскими цифрами)

Если элемент имеет постоянную валентность, указывать её не нужно.

* — оксид натрия. * — оксид кальция. * — оксид алюминия.

Если элемент имеет переменную валентность, она обязательно указывается в скобках.

* — оксид углерода(II). * — оксид углерода(IV). * — оксид железа(III).

Классификация оксидов

Все оксиды делятся на две большие группы: несолеобразующие и солеобразующие.

1. Несолеобразующие (безразличные) оксиды

Это небольшая группа оксидов неметаллов, которые не реагируют ни с кислотами, ни с щелочами и не образуют солей. Их нужно просто запомнить. Основных представителей всего четыре:

* — оксид углерода(II) (угарный газ). * — оксид азота(II). * — оксид азота(I) (веселящий газ). * — оксид кремния(II).

2. Солеобразующие оксиды

Эти оксиды вступают в химические реакции с образованием солей. Они делятся на три типа в зависимости от того, какие свойства проявляют.

#### А) Основные оксиды

Им соответствуют основания. Это оксиды металлов с низкой валентностью (I или II). * Примеры: .

#### Б) Кислотные оксиды

Им соответствуют кислоты. К ним относятся: * Оксиды неметаллов: . * Оксиды металлов с высокой валентностью (V, VI, VII): .

> Кислотные оксиды часто называют ангидридами кислот. Например, — фосфорный ангидрид. > > По данным agroclasses.svoevagro.ru

#### В) Амфотерные оксиды

Это оксиды, проявляющие двойственность: в зависимости от условий они могут вести себя и как кислоты, и как основания. Это оксиды некоторых металлов с валентностью III или IV (и исключения с валентностью II). * Примеры: .

Химические свойства оксидов

Рассмотрим свойства на примере двух главных антагонистов: основных и кислотных оксидов.

Свойства основных оксидов

Основные оксиды — это «родители» оснований. Их главная цель — реагировать с чем-то кислым.

1. Взаимодействие с кислотами Это самая характерная реакция. Образуется соль и вода.

Где: * — оксид меди(II) (основный оксид). * — серная кислота. * — сульфат меди(II) (соль). * — вода.

2. Взаимодействие с кислотными оксидами Два оксида противоположной природы соединяются в соль.

Где: * — оксид кальция (основный оксид). * — оксид углерода(IV) (кислотный оксид). * — карбонат кальция (соль). * — указание на нагревание.

3. Взаимодействие с водой Внимание! С водой реагируют только оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (группы IA и IIA, кроме бериллия и магния). В результате образуется растворимое основание — щелочь.

Где: * — оксид натрия. * — вода. * — гидроксид натрия (щелочь).

> Оксид меди () или оксид железа () с водой не реагируют, поэтому железные гвозди в воде ржавеют, но не растворяются с образованием щелочи.

Свойства кислотных оксидов

Кислотные оксиды — это «родители» кислот. Они стремятся реагировать с чем-то основным.

1. Взаимодействие с основаниями (щелочами) Образуется соль и вода.

Где: * — оксид углерода(IV). * — гидроксид кальция (известковая вода). * — карбонат кальция (осадок). * — вода.

2. Взаимодействие с водой Почти все кислотные оксиды реагируют с водой, образуя кислоту. Исключение — оксид кремния (, песок), он с водой не реагирует.

Где: * — оксид серы(VI). * — вода. * — серная кислота.

> Для определения формулы кислоты, соответствующей оксиду, нужно мысленно добавить воду к оксиду. Например: (угольная кислота). > > Согласно ripk.kg

Итоги

Оксиды — бинарные соединения элемента с кислородом в степени окисления -2.

Номенклатура: если валентность элемента переменная, её обязательно указывают в скобках (например, оксид серы(IV)).

Классификация: оксиды бывают несолеобразующими () и солеобразующими (основные, кислотные, амфотерные).

Основные оксиды реагируют с кислотами и кислотными оксидами. С водой реагируют только оксиды активных металлов.

Кислотные оксиды реагируют с основаниями, основными оксидами и водой (кроме ).