Основні класи неорганічних речовин

Неорганічні речовини оточують людину всюди. Вода, кухонна сіль, крейда, пісок, вуглекислий газ, вапно та багато мінералів належать до неорганічних сполук. Вони відрізняються складом, будовою й поведінкою під час хімічних реакцій.

У шкільному курсі хімії класи неорганічних речовин вивчають, щоб навчитися розпізнавати сполуки за формулами та передбачати, з якими речовинами вони можуть взаємодіяти. До головних класів складних неорганічних сполук належать оксиди, основи, кислоти та солі.

Така класифікація неорганічних сполук допомагає впорядкувати велику кількість формул. Побачивши склад речовини, можна приблизно визначити її властивості та зрозуміти, які продукти утворяться під час реакції.

Як визначити клас речовини за формулою

Кожен клас має характерні ознаки.

Цю таблицю зручно використовувати як початковий алгоритм. Наприклад, формула CO₂ містить два елементи, серед яких є Оксиген, тому це оксид. У формулі NaOH є метал і група OH — це основа. Формула H₂SO₄ починається з атомів Гідрогену та містить кислотний залишок SO₄, отже речовина належить до кислот.

Оксиди

Оксиди — складні речовини, утворені двома хімічними елементами, один із яких є Оксигеном. Властивості оксиду залежать від того, який елемент сполучений з Оксигеном.

Основні оксиди

Основні оксиди переважно утворюють метали. До них належать Na₂O, CaO, MgO, CuO.

Їхня характерна властивість — взаємодія з кислотами. У результаті утворюються сіль і вода:

Деякі основні оксиди реагують із водою. Наприклад, оксид кальцію CaO, відомий як негашене вапно, під час контакту з водою перетворюється на кальцій гідроксид:

Однак не кожен основний оксид реагує з водою. Наприклад, CuO за звичайних умов у воді не розчиняється і з нею не взаємодіє.

Кислотні оксиди

Кислотні оксиди найчастіше утворені неметалами. Прикладами є CO₂, SO₂, SO₃ і P₂O₅.

Вони реагують з основами, утворюючи сіль і воду:

Частина кислотних оксидів взаємодіє з водою та утворює кислоти:

Вуглекислий газ CO₂ також належить до кислотних оксидів. У природі він є складовою повітря, утворюється під час дихання та горіння, а також міститься в газованих напоях.

Амфотерні оксиди

Амфотерні оксиди можуть реагувати і з кислотами, і з лугами. До них належать ZnO та Al₂O₃.

Наприклад, цинк оксид реагує з хлоридною кислотою:

Амфотерність означає, що речовина залежно від умов може проявляти різні хімічні властивості.

Окремо виділяють несолетворні оксиди, наприклад CO, NO та N₂O. Вони не утворюють солей у типових реакціях із кислотами або основами.

Основи

Основи — складні речовини, до складу яких входять атоми металу та одна або кілька гідроксильних груп OH.

Наприклад, у формулі NaOH міститься одна група OH, а у формулі Ca(OH)₂ — дві. Кількість таких груп залежить від валентності металу.

Луги

Розчинні у воді основи називають лугами. До них належать:

• NaOH — натрій гідроксид;
• KOH — калій гідроксид;
• Ba(OH)₂ — барій гідроксид.

Розчини лугів мають характерні властивості: змінюють колір індикаторів, взаємодіють із кислотами та деякими солями.

Під час реакції кислоти з основою утворюються сіль і вода:

Цей процес називають реакцією нейтралізації. Кислі та лужні властивості реагентів у результаті такої взаємодії послаблюються або зникають.

Нерозчинні основи

Чимало основ майже не розчиняються у воді. До них належать Cu(OH)₂, Fe(OH)₂ та Fe(OH)₃.

Нерозчинні основи часто утворюються у вигляді осаду. Наприклад, купрум(ІІ) гідроксид має блакитне забарвлення. Під час нагрівання він розкладається:

Амфотерні гідроксиди Zn(OH)₂ та Al(OH)₃ реагують із кислотами й сильними лугами. У шкільній хімії їх часто розглядають окремо від звичайних основ.

Кислоти

Кислоти — складні речовини, утворені атомами Гідрогену та кислотним залишком. У формулах багатьох кислот атоми Гідрогену записують на початку: HCl, H₂SO₄, HNO₃.

За наявністю Оксигену кислоти поділяють на дві групи.

Кислоти реагують з основами, основними оксидами та деякими металами.

Реакція з основою:

Реакція з основним оксидом:

Реакція з металом:

Стрілка вгору показує виділення газу. В цьому випадку утворюється водень. При цьому не кожен метал здатний витісняти водень із кислоти. Можливість реакції визначають за рядом активності металів.

Солі

Солі — складні речовини, що складаються з катіонів металу та кислотних залишків. До солей належать кухонна сіль NaCl, крейда CaCO₃, мідний купорос CuSO₄ та харчова сода NaHCO₃.

За складом солі поділяють на кілька груп.

Середні солі

У середніх солях усі атоми Гідрогену кислоти заміщені атомами металу:

• NaCl;
• Na₂SO₄;
• CaCO₃;
• K₃PO₄.

Кислі солі

Кислі солі зберігають один або кілька атомів Гідрогену в кислотному залишку:

• NaHCO₃;
• NaHSO₄;
• KH₂PO₄.

Основні солі

Основні солі містять гідроксильні групи OH. Прикладом є Mg(OH)Cl.

Солі можуть взаємодіяти з кислотами, лугами, металами та іншими солями. Реакції обміну в розчинах відбуваються тоді, коли утворюється осад, газ або вода:

У цій реакції випадає блакитний осад купрум(ІІ) гідроксиду.

Як пов’язані основні класи неорганічних речовин

Оксиди, основи, кислоти та солі можуть перетворюватися одні на одних. Такий зв’язок називають генетичним зв’язком між класами сполук.

Наприклад, метал під час взаємодії з киснем може утворити основний оксид. Деякі основні оксиди з водою утворюють основи. Основа під час реакції з кислотою перетворюється на сіль.

Основні типи взаємодій:

• основний оксид + кислота → сіль + вода;
• кислотний оксид + основа → сіль + вода;
• кислота + основа → сіль + вода;
• метал + кислота → сіль + водень;
• сіль + луг → нова сіль + нова основа.

Ці схеми полегшують складання рівнянь реакцій. Учень спочатку визначає клас кожної речовини, а потім підбирає відповідну схему взаємодії.

Індикатори та середовище розчину

Кисле, нейтральне або лужне середовище визначають за допомогою індикаторів. Це речовини, які змінюють колір залежно від властивостей розчину.

Індикатор показує характер середовища, але за його кольором не можна визначити точну назву речовини. Наприклад, однакове лужне забарвлення можуть давати розчини різних лугів.

Коротка шпаргалка

Щоб розпізнати речовину за формулою, потрібно подивитися на її склад:

• два елементи, один із яких Оксиген, — оксид;
• метал і група OH — основа;
• атоми Гідрогену та кислотний залишок — кислота;
• метал і кислотний залишок — сіль.