Бинарные соединения (оксиды, галогениды, сульфиды)

 

Бинарными соединениями называют соединения, образованные двумя элементами. Наиболее распространёнными и важными являются соединения различных элементов с кислородом (оксиды), элементами 7-й группы главной подгруппы, называемых общим термином галогены – фтором, хлором, бромом и иодом (галогениды) и серой (сульфиды).

Почти все элементы ПСЭМобразуют соединения с кислородом – большинство при непосредственном взаимодействии элементов. Название соединение элемента с кислородом образуют путем прибавления названия элемента в родительном падеже к слову оксид. Например, СаО - оксид кальция. Если элемент образует несколько оксидов, то после названия добавляют степень окисления элемента в круглых скобках, например, FeO – оксид железа (II), Fe₂O₃ – оксид железа (III). Приведем несколько примеров реакций образования оксидов:

2Ca + O₂ =2CaO оксид кальция;

2Mg + O₂ =2MgO оксид магния;

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ оксид алюминия;

Si + O₂ = SiO₂ оксид кремния;

S + O₂ = SO₂ оксид серы (IV).

Реакции элементов с галогенами сопровождаются образованием галогенидов:

H₂ + Cl₂ = 2HCl хлорид водорода (хлористый водород);

2Na + Cl₂ = 2NaCl хлорид натрия (поваренная соль);

Сa + F₂ = CaF₂ фторид кальция;

2Al + 3I₂ = 2AlI₃ иодид алюминия.

Водные растворы соединений галогенов с водородом являются кислотами, например HF – плавиковая кислота, HCl – соляная или хлористоводородная кислота.

Многие элементы могут вступать в реакции с серой, образуя сульфиды:

2Na + S = Na₂S сульфид натрия;

Mg + S =MgS сульфид магния.

Водный раствор соединения серы с водородом (H₂S) проявляет кислотные свойства и носит название сероводородной кислоты.

Химические свойства оксидов. Оксиды металлов 1-й и 2-й групп главных подгрупп ПСЭМ могут взаимодействовать с водой, образуя гидроксиды или основания:

Na₂O + H₂ O = 2NaOH гидроксид натрия (едкий натр);

СаO + H₂ O = Ca(OH)₂ гидроксид кальция (гашёная известь).

Оксиды, способные образовывать прямо или косвенно основания, называют основными оксидами.

Оксиды многих неметаллов при взаимодействии с водой образуют кислоты:

СO₂ + H₂ O = H₂СO₃ угольная кислота;

SO₃ + H₂ O = H₂SO₄ серная кислота.

Оксиды, способные образовывать прямо или косвенно кислоты, называют кислотными оксидами.

Основные оксиды способны взаимодействовать с кислотными оксидами с образованием солей:

СаO + СO₂ = СаСO₃, карбонат кальция, соль угольной кислоты;

MgO + SO₃ = MgSO₄, сульфат магния, соль серной кислоты.

Ряд оксидов, называемых амфотерными, способен реагировать и с кислотными и основными оксидами. К ним относятся, например, оксиды бериллия, алюминия, цинка.

ZnO + СаO = СaZnO₂, цинкат кальция;

ZnO + SO₃ = ZnSO₄, сульфат цинка.

Многие оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют, например, SiO₂, MgO и др. Тем не менее, косвенными реакциями могут быть получены соответствующие основания (например, Mg(OH)₂ – гидроксид магния) или кислоты (H₂SiO₃ – кремневая кислота). По этой причине оксид магния относят к основным оксидам, а оксид кремния - к кислотным.

Гидроксиды (кислоты, основания,

Амфотерные гидроксиды)

Основания и содержащие кислород кислоты имеют в своём составе гидроксидную группу (ОН), и называются гидроксидами. Например:

Различия в химических свойствах гидроксидов определяются различиями свойств атомов, с которыми связаны гидроксидные группировки ОН. Гидроксиды, образованные атомами с валентностью, равной 1,почти всегда являются основаниями. Большинство гидроксидов, образованных двухвалентными атомами, также относятся к основаниям. Гидроксиды, образованные атомами с валентностью от 4 до 8, относятся к кислотам. Если же валентность атомов равна 3, то их гидроксиды обычно являются амфотерными. Амфотерными являются также некоторые из гидроксидов двухвалентных и четырехвалентных атомов.

Для кислот характерны следующие основные химические свойства:

1) взаимодействие с активными металлами с образованием солей и выделением водорода:

H₂SO₄ + Mg = MgSO₄ + H_2;

2) взаимодействие с основаниями и амфотерными гидроксидами (реакция нейтрализации), в результате чего образуются соли и вода:

HNO₃ + NaOH = NaNO₃ + H₂O;

2HNO₃ + Zn(OH)₂ = Zn(NO₃)₂ + 2H₂O;

3) взаимодействие с основными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:

2HCl + MgO = MgCl₂ + H₂O;

2HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O.

Наиболее типичными реакциями оснований являются:

1) взаимодействие с кислотами и амфотерными гидроксидами с образованием солей и воды (реакция нейтрализации):

Са(OH)₂ + H₂SO₄ = СаSO₄ + H₂O;

Са(OH)₂ + Zn(OH)₂ = СаZnO₂ + 2H₂O;

2) взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами с образованием солей и воды:

2KOH + CO₂ = K₂CO₃ + H₂O;

2NaOH + Al₂O₃ = 2NaAlO₂ + H₂O.

Амфотерные гидроксиды ведут себя в реакциях с кислотами как основания, а в реакциях с основаниями как кислоты.

В таблице 3.1. приведены формулы и названия важнейших кислот и их солей и ряда оснований.

Соли

Соединения, содержащие в своём составе атомы металлов и кислотные остатки, называются солями.

Соли можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в молекулах кислот на атомы металла. При полном замещении всех атомов водорода в молекуле кислоты образуются средние соли, например Na₂SO₄ – сульфат натрия. При частичном замещении атомов водорода образуются кислые соли, например NaHSO₄ – гидросульфат натрия (устаревшее название – бисульфат натрия).

Соли можно также рассматривать как продукты замещения гидроксидных групп в молекуле основания на кислотные остатки. При полном замещении всех гидроксидных групп образуются средние соли, например СаCl₂. При частичном замещении образуются основные соли, например Ca(OH)Cl – гидроксохлорид кальция. Очевидно, что

 

Таблица 3.1. Формулы и названия некоторых оснований, кислот и их солей.

Формула	Химическое название	Синоним (тривиальное название)	Химическое название солей
H2SO4	Серная кислота		Сульфаты
HNO3	Азотная кислота		Нитраты
HCl	Хлористоводородная кислота	Соляная кислота	Хлориды
H2CO3	Угольная кислота		Карбонаты
NaOH	Гидроксид натрия	Едкий натр, каустическая сода
KOH	Гидроксид калия	Едкое кали
Ca(OH)2	Гидроксид кальция	Гашеная известь
NH4OH	Гидроксид аммония	Водный ам-миак, наша-тырный спирт

основные соли не могут быть образованы гидроксидами одновалентных металлов.

Приведем некоторые химические свойства солей:

1) взаимодействие с растворимыми в воде основаниями (NaOH, КOH, Са(OH)₂); реакции протекают в том случае, если образующийся гидроксид плохо растворим в воде.:

Zn(NO₃)₂ + 2NaOH =2 NaNO₃ + Zn(OH)₂ ↓.

Стрелка означает, что гидроксид цинка выпадает в осадок.

2) взаимодействие с кислотами; реакция протекает, если продукт реакции является летучим:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂CO₃;

Угольная кислота неустойчива, легко разлагается на воду и летучий углекислый газ. Иначе реакция может быть записана так:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂О + CO₂↑.

Стрелка означает, что углекислый газ улетучивается.

3) Соли взаимодействуют друг с другом, если один из продуктов реакции плохо растворим в воде:

Na₂CO₃ + СаCl₂ = СаCO₃↓ + 2NaCl.