§ 20. Гідроксиди й безоксигенові кислоти

Як же відрізнити їхні формули? В основ прийнято записувати спочатку символ металічного елемента, а потім гідроксильні групи — NaOH, а в кислот слід записувати спочатку символ атома Гідрогену, а потім усе інше — HNO₃ (це «інше» називають кислотним залишком).

Визначення й формули кислот

• Кислоти — складні речовини, до складу яких входять атоми Гідрогену й кислотний залишок.

Кислотний залишок може бути різним:

Якщо в кислотному залишку немає Оксигену, то кислота не належить до гідратів оксидів (гідроксидів), тому що неможливо виділити гідроксильну групу, наприклад HCl. Але це, звичайно, теж кислота.

— Треба знайти формули, де на першому місці стоїть Н. Це H₂S, HCl.

— А ще? Не обов’язково має бути два елементи, може бути й три. Наприклад, H₃PO₄.

— Правильно. Здається, ми вибрали всі потрібні формули!

Назви кислот

• Назви кислот походять від назви того елемента, який утворює кислоту.

Ось тут насамперед слід ураховувати, є в складі кислоти Оксиген чи ні. Якщо Оксигену немає, то в назві має бути суфікс -ид- (-ід-). Це ж бінарна сполука. Наприклад, кислота HCl містить Хлор, Оксигену немає, назва — хлоридна кислота. Кислота H₂S має назву сульфідна кислота, HBr — бромідна кислота. Як бачите, до назви входить і, власне, слово «кислота».

Якщо в складі кислоти є Оксиген, то суфікс буде:

• -ат- (якщо ступінь кислототвірного елемента вищий, Оксигену в складі більше);
• -іт- або -ит- (якщо ступінь окиснення кислототвірного елемента менший, Оксигену в складі менше).

Приклад. H₂SO₄ — сульфатна кислота, H₂SO₃ — сульфітна кислота.

Завдання. Визначте ступені окиснення Сульфуру в H₂SO₄ і H₂SO₃.

Для утворення назв кислот використовують також інші суфікси, про них ми будемо говорити пізніше.

Префікси орто- й мета- використовують для позначення кислот, які утворені елементом з однаковим ступенем окиснення, але відрізняються кількістю атомів Гідрогену й Оксигену: якщо їх більше — орто, менше — мета. Наприклад: H₃PO₄ — ортофосфатна кислота, HPO₃ — метафосфатна кислота.

Формули перших двох кислот містять Оксиген. Отже, суфікси в назвах будуть -іт- (-ит-) або -ат-. У кислотах HNO₃ і HNO₂ кислототвірний елемент — Нітроген. У сполуці HNO₃ він має вищий ступінь окиснення +5 (і Оксигену там більше), тому її назва — нітратна кислота. У сполуці HNO₂ ступінь окиснення Нітрогену +3 (і Оксигену менше), відповідно, її назва — нітритна кислота. Інші дві кислоти безоксигенові, отже, назви містять суфікси -ид-: HI — йодидна, HF — флуоридна кислота.

1. Визначте ступені окиснення Фосфору в H₃PO₄ і HPO₃. Подумайте, чому в них однакові суфікси.

Складання формул кислот і визначення сумарного ступеня окиснення кислотного залишку

Дуже важливо вміти визначати сумарний ступінь окиснення кислотного залишку. Без цього неможливо буде складати формули солей. Сумарний ступінь окиснення кислотного залишку визначити легко. Виходимо з того, що Гідроген має ступінь окиснення +1. Тоді ступінь окиснення кислотного залишку дорівнюватиме числу атомів Гідрогену зі знаком «-».

Складіть формули кислот за наведеними кислотними залишками: SO -2 ₃, SiO -2 ₃, Br – , S -2 .

Дописуємо попереду атом Гідрогену й ставимо біля нього індекс, що дорівнює сумарному ступеню окиснення кислотного залишку:

Визначте сумарний ступінь окиснення кислотного залишку в кислотах: H₃BO₃, HMnO₄, HF, HCl.

Тепер можна скласти загальну формулу кислот, позначивши умовно кислотний залишок літерою А — аніон:

Класифікація кислот

Кислоти класифікують за їхнім складом, зокрема, за наявністю

Класифікація кислот за складом

Оксигеновмісні кислоти

Безоксигенові кислоти

За кількістю атомів Гідрогену, здатних під час хімічних реакцій заміщуватися на метал, усі кислоти ділять на одноосновні (з одним атомом Н), двохосновні (з двома атомами Н) і трьохосновні (з трьома атомами Н) (табл. 10).

Класифікація кислот за числом атомів Гідрогену

Одноосновні

Двохосновні

Трьохосновні

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Термін «одноосновна кислота» виник тому, що для взаємодії з однією молекулою такої кислоти потрібна «одна основа», наприклад NaOH або KOH:

Двохосновна кислота вимагає для своєї нейтралізації вже «дві основи», а трьохосновна — «три основи»:

Найбільш поширені одно-, дво- та трьохосновні кислоти, однак у природі трапляються кислоти з більшої основністю, наприклад чотири, п’ять або навіть сім.

Дво-, три- й більше основні кислоти належать до багатоосновних кислот.

ОСНОВИ Й АМФОТЕРНІ ГІДРОКСИДИ

Визначення й формули основ

• Основи — складні речовини, до складу яких входять катіони металу й аніони гідроксильної групи ОН – .

— Розпізнавати основи — легко! Не заважай мені, я сам!

— Я зараз дуже легко виберу з них кислоти — я їх уже знаю — і основи. Зараз зосереджуся: кислоти — починаються з Н. Значить, це HCl, H₂SO₄, HBr, H₃PO₄, H₂SiO₃, H₂S.

— Жодної помилки! А ось формули основ: NaOH, Ca(OH)₂, Cu(OH)₂, Fe(OH)₃. Я відразу помічаю групу ОН!

Назви основ

У назвах основ використовують слово «гідроксид». Назву утворюють таким чином: спочатку пишуть або вимовляють назву металічного елемента, який входить до цієї основи, а потім додають слово «гідроксид»: NaOH — натрій гідроксид. Відмінюють тільки слово «гідроксид», наприклад: «Долити кислоту до натрій гідроксиду».

Якщо металічний елемент має змінний ступінь окиснення, то його вказують римськими цифрами в дужках: Fe(OH)₃ — ферум(ІІІ) гідроксид.

Традиційно римськими цифрами в назві сполук позначають валентність. Однак зараз римські цифри використовують і для позначення ступеня окиснення.

Складання формул основ, визначення ступеня окиснення металічного елемента

Оскільки гідроксильні групи мають сумарний ступінь окиснення -1 (O -2 H +1 ) – , то формулу основи легко скласти, знаючи ступінь окиснення металу. До хімічного символу металу треба приписати таку кількість гідроксогруп, яка дорівнює його ступеню окиснення.

Давайте потренуємося й напишемо формули: калій гідроксид, кальцій гідроксид, ферум(ІІІ) гідроксид.

Спочатку пишемо символ металічного елемента і його ступінь окиснення, потім — гідроксильні групи, пам’ятаючи про те, що в них ступінь окиснення -1.

K + (OH) – , Ca +2 (OH) – , Fe +3 (OH) – .

Число гідроксигруп буде дорівнювати ступеню окиснення металічного елемента. Отже, формули:

У Калію й Кальцію ступінь окиснення в назві не зазначено, тому що він постійний і завжди дорівнює номеру групи — І і ІІ відповідно.

За числом гідроксильних груп легко визначити ступінь окиснення металічного елемента: якщо в гідроксильної групи ступінь окиснення дорівнює -1, то число цих груп буде дорівнювати ступеню окиснення металічного елемента: Fe(OH)₃ — утворений Fe +3 , а Fe(OH)₂ — Fe +2 .

— От у назві «ферум(ІІІ) гідроксид» цифра ІІІ — не число атомів Феруму, а його ступінь окиснення!

— Учора мій однокласник написав Fe₃OH! Це ж неправильно!

Приклад. Визначте ступені окиснення металічних елементів у гідроксидах: Mg(OH)₂, LiOH, Al(OH)₃.

Пояснення до розв’язання. Поставимо ступінь окиснення над гідроксогрупою. Виходячи з умови електронейтральності, визначимо, яким є ступінь окиснення металічного елемента:

Складемо загальну формулу основ:

Класифікація основ

1. За розчинністю у воді

Основи бувають розчинними й нерозчинними.

• Розчинні основи називають лугами. Вони утворені лужними (ІА підгрупа) і лужноземельними (ІІА підгрупа — Ca, Sr, Ba) металічними елементами.

Уточнити, розчинною є сполука чи ні, ми завжди можемо, зазирнувши в таблицю розчинності. Якщо на перетині рядків ОН – і стовпчика із символом катіона металу стоїть літера «Р» — сполука розчинна, «Н» — нерозчинна, «М» — малорозчинна, «-» — не існує у водному розчині (див. с. 302).

2. За числом гідроксильних груп

Кількість гідроксильних груп у складі основ визначає їхню кислотність.

NaOH — однокислотна основа.

Cu(OH)₂ — двокислотна основа.

Fe(OH)₃ — трикислотна основа.

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

Однокислотні основи реагують з однією молекулою одноосновної кислоти:

Двокислотні основи реагують із двома молекулами одноосновної кислоти або з однією молекулою двохосновної:

Якщо груп OH – дві або більше, то сполуки відносять до багатокислотних основ.

Амфотерні гідроксиди

• Амфотерні гідроксиди — це складні речовини, які складаються з атомів металічного елемента й гідроксильних груп.

Формули амфотерних гідроксидів виглядають так само, як і основ: Al(OH)₃, Zn(OH)₂. Назви утворюються так само, як і в основ.

Al(OH)₃ — алюміній гідроксид.

Вони відрізнятимуться від основ хімічними властивостями. Але про це пізніше.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

• а) Гідроксидами називають речовини.
• б) Формули основ складаються з.
• в) У формулах кислот розрізняють.
• г) Ступені окиснення металічного елемента в основах. в амфотерних гідроксидах.

2. Чи можуть металічні елементи утворювати кислоти? В якому випадку?

3. Які типи класифікації кислот ви знаєте? Наведіть приклади.

4. Як класифікують основи? Наведіть приклади.

5. Як називають розчинні основи?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Складіть формули безоксигенових кислот, до складу яких входять атоми галогенів. Назвіть їх.

2. Складіть формули гідроксидів лужних елементів, назвіть їх.

3. Визначте сумарний ступінь окиснення кислотного залишку в кислотах: H₂S, H₃PO₄, HNO₃, H₂SiO₃, HI. Назвіть ці кислоти. Класифікуйте їх за кількістю атомів Гідрогену.

4. Складіть формули кислот за кислотними залишками: Cl – , ClO – ₄, SO 2- ₄, Br – , BO 3- ₃, S 2- . Класифікуйте їх за наявністю атомів Оксигену.

5. Напишіть формули основ і амфотерних гідроксидів, утворених такими металічними елементами: Алюміній, Кальцій, Калій, Цезій, Стронцій, Цинк(ІІ), Кобальт(ІІ), Магній, Хром(ІІІ). Класифікуйте їх за числом гідроксильних груп.

6. Із наведених речовин випишіть окремо формули кислот і основ, амфотерних гідроксидів: KOH, H₂SO₃, Ba(OH)₂, HBr, Ni(OH)₂, H₃PO₄, HNO₃, LіOH, Al(OH)₃. Дайте їм назви.

7. Яка кількість речовини атомів кожного елемента міститься в 3 моль сульфатної кислоти?

8. Яка кількість речовини ферум(ІІІ) оксиду містить стільки ж гідроксильних груп, скільки 9 моль натрій гідроксиду?

9. Обчисліть масу алюміній оксиду, який утворюється внаслідок взаємодії 0,8 моль алюмінію з киснем.

Гідроксиди

Гідроксиди є хімічними сполуками, що складаються з металу (або іншого катіону) і гідроксильної групи (-OH). Вони характеризуються присутністю одного або кількох гідроксильних іонів в їх структурі. Гідроксиди можуть бути як неорганічними, так і органічними сполуками.

Загальні характеристики гідроксидів:

Фізичні властивості

1. Твердість: Багато гідроксидів існують у твердому стані, хоча деякі можуть бути рідкими або газоподібними при певних умовах.
2. Точка плавлення і кипіння: Гідроксиди мають високі точки плавлення і кипіння залежно від їх складу та структури.
3. Розчинність: Багато гідроксидів розчиняються у воді, утворюючи лужні розчини. Розчинність може варіювати залежно від типу та концентрації гідроксиду.

Хімічні властивості

1. Кислотно-лужні властивості: Гідроксиди є лужними сполуками, оскільки вони виділяють гідроксильні іони (-OH) у водних розчинах. Вони можуть нейтралізувати кислоти і реагувати з кислотними оксидами, утворюючи солі та воду.
2. Реакція з киснем: Деякі гідроксиди можуть реагувати з киснем, утворюючи оксиди. Наприклад, мідний гідроксид (Cu(OH)2) під дією кисню перетворюється на мідний оксид (CuO).
3. Утворення осадів: При додаванні гідроксиду до розчину солей, можуть утворюватися осади нерастворних гідроксидів.

Застосування в різних галузях.

1. Виробництво лужних розчинів для використання в хімічних процесах та промисловості.
2. Використання в якості каталізаторів у хімічних реакціях.
3. Виробництво лікарських препаратів, таких як антациди, які використовуються для зменшення кислотності шлунку.
4. Використання в якості компонентів добрив для поліпшення родючості ґрунту.
5. Виробництво косметичних і засобів особистої гігієни, де гідроксиди можуть використовуватися як регулятори pH або компоненти зволоження.

Застосування гідроксидів може варіюватися залежно від конкретного типу гідроксиду та його властивостей.