§ 31. Амфотерні оксиди та гідроксиди

Амфотерні сполуки. У § 11 при розгляді зміни властивостей оксидів елементів у 2-му періоді ми зазначали, що оксид ВеО виявляє властивості, притаманні як основним, так і кислотним оксидам. Ця сполука, а також гідроксид Ве(ОН)₂ взаємодіють не лише з кислотами, а й із лугами. Аналогічною є поведінка в хімічних реакціях сполук Алюмінію — оксиду Аl₂О₃ і гідроксиду Аl(OН)₃.

Здатність сполуки виявляти основні та кислотні властивості називають амфотерністю 1 , а саму сполуку — амфотерною.

1 Термін походить від грецького слова amphoteros — і той, і інший.

Наводимо формули найважливіших амфотерних сполук:

За будовою та фізичними властивостями амфотерні оксиди подібні до основних оксидів. Вони складаються з йонів, мають високі температури плавлення. Жодний амфотерний оксид не розчиняється у воді.

Амфотерні гідроксиди також є нерозчинними; при нагріванні вони не плавляться, а зазнають розкладу.

Хімічні властивості амфотерних оксидів і гідроксидів. Амфотерні сполуки взаємодіють із кислотними та основними оксидами, кислотами, лугами.

Цинк оксид ZnO і цинк гідроксид Ζn(ΟΗ)₂ реагують з кислотними оксидами, кислотами:

Продукти таких реакцій (солі) містять катіони Цинку Zn 2+ .

• Які властивості — основні чи кислотні — виявляють оксид і гідроксид Цинку в цих випадках?

Сполуки ZnO і Zn(OH)₂ взаємодіють також з основними оксидами та лугами. Унаслідок реакцій утворюються солі, в яких атоми Цинку містяться в аніонах ZnO 2- ₂:

Останнє рівняння відповідає реакції за участю лугу, а не його розчину. Для того щоб формула солі, яка утворюється, була вам зрозумілою, змінимо порядок запису елементів у формулі цинк гідроксиду на загальноприйнятий для кислот:

Оксид і гідроксид Цинку реагують також із водним розчином лугу за звичайних умов:

1 Префікс «тетра» (в перекладі з грецької — чотири) вказує на кількість гідроксильних груп в аніоні солі.

Квадратними дужками у формулах виокремлено аніон солі.

Формулу продукту двох останніх реакцій можна отримати, замінивши у формулі Na₂ZnO₂ два двовалентні атоми Оксигену на чотири одновалентні гідроксильні групи:

Якщо з основним оксидом або лугом реагує амфотерна сполука тривалентного елемента, то можливі два варіанти взаємодії речовин.

Розглянемо реакції між алюміній оксидом і калій гідроксидом. Продуктом однієї реакції між цими сполуками є сіль, яка походить від алюміній гідроксиду Аl(OН)₃ як кислоти (Н₃АlO₃):

Цікаво знати

Сполука НАlO₂, формулу якої часто записують як АlО(ОН), трапляється в природі й утворює кілька мінералів.

Продукт іншої реакції — сіль простішого складу. Виведемо її формулу, з’ясувавши спочатку формулу відповідної «кислоти» (насправді — амфотерної сполуки). Для цього складаємо разом усі атоми, наявні у формулах алюміній оксиду Аl₂О₃ і води Н₂О. В отриманій формулі H₂Al₂O₄ зменшуємо індекси удвічі (НАlO₂) і замінюємо символ Гідрогену на символ Калію: КАlO₂. Відповідне хімічне рівняння:

Зіставивши коефіцієнти перед формулами реагентів у рівняннях (1) і (2), бачимо, що ортоалюмінат утворюється при додаванні до алюміній оксиду утричі більшої кількості лугу.

Такі самі солі є продуктами реакцій за участю алюміній гідроксиду:

Якщо алюміній гідроксид реагує з водним розчином лугу, то утворюються солі, в яких аніони містять гідроксильні групи (реакції відбуваються за звичайних умов):

1 Префікс «гекса» (в перекладі з грецької — шість) указує на кількість гідроксильних груп в аніоні солі.

На малюнку 62 показано результат досліду, який засвідчує амфотерність хром(ІІІ) гідроксиду Сr(ОН)₃.

Мал. 62. Результат взаємодії хром(ІІІ) гідроксиду: а — із кислотою; б — із розчином лугу

• Складіть рівняння реакцій хром(ІІІ) гідроксиду з хлоридною кислотою і розчином натрій гідроксиду.

При нагріванні амфотерні гідроксиди, як і нерозчинні основи, розкладаються на відповідні оксиди і воду:

• Напишіть рівняння реакції термічного розкладу алюміній гідроксиду.

Викладений матеріал узагальнює схема 9.

Хімічні властивості амфотерних сполук

ВИСНОВКИ

Деякі оксиди та гідроксиди металічних елементів виявляють як основні, так і кислотні властивості. Їх називають амфотерними сполуками.

За фізичними властивостями амфотерні оксиди подібні до основних оксидів, а амфотерні гідроксиди — до нерозчинних основ.

Амфотерні сполуки взаємодіють із кислотами і лугами, з кислотними та основними оксидами з утворенням солей. Амфотерні гідроксиди розкладаються при нагріванні.

• 245. Які сполуки називають амфотерними? Назвіть кілька амфотерних оксидів і гідроксидів.
• 246. Допишіть схеми реакцій за участю сполук Цинку і Алюмінію та складіть хімічні рівняння:

• 247. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:

• 248. Складіть рівняння реакцій берилій оксиду з барій гідроксидом (при нагріванні) та розчином цієї основи.
• 249. Як би ви розпізнали білі порошки гідроксидів Магнію та Цинку, використавши відмінності в хімічних властивостях цих сполук?
• 250. Амфотерний гідроксид має відносну формульну масу 103. Що це за сполука?
• 251. Яка маса ферум(ІІІ) оксиду містить стільки йонів, скільки молекул міститься в 11 г карбон(ІV) оксиду?
• 252. Під час термічного розкладу 39 г алюміній гідроксиду утворилося 20 г алюміній оксиду. Чи повністю розклалася сполука?

Оксиди: класифікація та хімічні властивості

Оксидами називаються складні речовини, до складу молекул яких входять атоми кисню в степені окислення – 2 і якого-небудь іншого елементу.

ОксідиОксіди можуть бути отримані при безпосередній взаємодії кисню з іншим елементом, так і непрямим шляхом (наприклад, при розкладанні солей, основ, кислот). У звичайних умовах оксиди бувають в твердому, рідкому і газоподібному стані, цей тип сполук дуже поширений в природі. Оксиди містяться в Земній корі. Іржа, пісок, вода, вуглекислий газ – це оксиди.

Вони бувають солеобразующей і несолеобразующіе.

Солеобразующіе оксиди – це такі оксиди, які в результаті хімічних реакцій утворюють солі. Це оксиди металів і неметалів, які при взаємодії з водою утворюють відповідні кислоти, а при взаємодії з підставами – відповідні кислі і нормальні солі. Наприклад, оксид міді (CuO) є оксидом солеобразующей, тому що, наприклад, при взаємодії її з соляною кислотою (HCl) утворюється сіль:

CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O.

У результаті хімічних реакцій можна одержувати й інші солі:

CuO + SO3 → CuSO4.

Несолеобразующіе оксидами називаються такі оксиди, які не утворюють солей. Прикладом можуть служити СО, N2O, NO.

Солеобразующіе оксиди в свою чергу бувають 3-х типів: основними (від слова «підставу»), кислотними та амфотерними.

Основними оксидами називаються такі оксиди металів, яким відповідають гідроксиди, що відносяться до класу підстав. До основних оксидам відносяться, наприклад, Na2O, K2O, MgO, CaO і т.д.

ОксідиХіміческіе властивості основних оксидів

1. Розчинні у воді основні оксиди вступають в реакцію з водою, утворюючи основи:

Na2O + H2O → 2NaOH.

2. Взаємодіють з кислотними оксидами, утворюючи відповідні солі

Na2O + SO3 → Na2SO4.

3. Реагують з кислотами, утворюючи сіль і воду:

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O.

4. Реагують з амфотерними оксидами:

Li2O + Al2O3 → 2LiAlO2.

Якщо в складі оксидів в якості другого елементу буде неметалл або метал, що виявляє вищу валентність (зазвичай проявляють від IV до VII), то такі оксиди будуть кислотними. Кислотними оксидами (ангідридами кислот) називаються такі оксиди, яким відповідають гідроксиди, які відносять до класу кислот. Це, наприклад, CO2, SO3, P2O5, N2O3, Cl2O5, Mn2O7 і т.д. Кислотні оксиди розчиняються у воді і лугах, утворюючи при цьому сіль і воду.

Хімічні властивості кислотних оксидів

1. Взаємодіють з водою, утворюючи кислоту:

SO3 + H2O → H2SO4.

Але не всі кислотні оксиди безпосередньо реагують з водою (SiO2 і ін.).

2. Реагують з заснованими оксидами з утворенням солі:

CO2 + CaO → CaCO3

3. Взаємодіють з лугами, утворюючи сіль і воду:

CO2 + Ba (OH) 2 → BaCO3 + H2O.

До складу амфотерного оксиду входить елемент, який має амфотерні властивості. Під амфотерному розуміють здатність з’єднань проявляти залежно від умов кислотні та основні властивості. Наприклад, оксид цинку ZnO може бути як підставою, так і кислотою (Zn (OH) 2 і H2ZnO2). Амфотерность виражається в тому, що залежно від умов амфотерні оксиди проявляють або основні, або кислотні властивості.

Хімічні властивості амфотерних оксидів

1. Взаємодіють з кислотами, утворюючи сіль і воду:

ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O.

2. Реагують з твердими лугами (при сплаву), утворюючи в результаті реакції сіль – цинкат натрію і воду:

ZnO + 2NaOH → Na2 ZnO2 + H2O.

При взаємодії оксиду цинку з розчином лугу (того ж NaOH) протікає інша реакція:

ZnO + 2 NaOH + H2O => Na2 [Zn (OH) 4].

Координаційне число – характеристика, яка визначає число найближчих частинок: атомів або інів в молекулі або кристалі. Для кожного амфотерного металу характерно своє координаційне число. Для Be і Zn – це 4; Для і Al – це 4 або 6; Для і Cr – це 6 або (дуже рідко) 4;

Амфотерні оксиди зазвичай не розчиняються у воді і не реагують з нею.