Форма химического соединения. Химические названия и формулы веществ

Все простые вещества в неорганической химии делятся на две большие группы: Металлы - Неметаллы.

Металл (название происходит от лат. metallum - шахта) - один из классов элементов, которые в отличие от неметаллов (и металлоидов), обладают характерными металлическими свойствами. Металлами являются большинство химических элементов (примерно 70 %). Самым распространённым металлом в земной коре является алюминий.

Характерные свойства металлов: - металлический блеск (кроме йода. Несмотря на свой металлический блеск, кристаллический йод относится к неметаллам); - хорошая электропроводность; - возможность лёгкой механической обработки (например, пластичность); - высокая плотность; - высокая температура плавления (искл. ртуть и др.); - большая теплопроводность; - в реакциях являются восстановителями.

Все металлы (кроме ртути) тверды при нормальных условиях. Температуры плавления лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). В зависимости от их плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³).

На внешнем электронном слое у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны).

С кислородом реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, т.к. он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды: 2Li + O2 = 2Li2O оксид лития; 2Na + O2 = Na2O2 пероксид натрия; K + O2 = KO2 надпероксид калия. Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом: Na2O2 + 2Na = 2Na2O. Со среднмими и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании: 3Fe + 2O2 = Fe3O4; 2Hg + O2 = 2HgO; 2Cu + O2 = 2CuO.

С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий: 6Li + N2 = 2Li3N. При нагревании: 2AL + N2 = 2AlN; 3Ca + N2 = 2Ca3N2.

С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины.

Неметаллы. Элементы с типично неметаллическими свойствами занимают правый верхний угол Периодической системы. Расположение их в главных подгруппах соответствующих периодов следующее:

Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов.

Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.

Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов, простые неметаллические вещества, а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.

В свободном виде могут быть газообразные неметаллические простые вещества - фтор, хлор, кислород, азот, водород, твёрдые - иод, астат, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, при комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.

Все сложные вещества (то есть, состоящие из двух и более химических элементов) делятся на следующие группы:

Оксиды - Соли - Основания - Кислоты

Оксид (окисел, окись) - соединение химического элемента с кислородом, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Не считая фтора, кислород - самый электроотрицательный химический элемент, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2.

Оксиды - весьма распространенный тип соединений, содержащихся в земной коре и во вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Окислами называется класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом.

Соединения, содержащие атомы кислорода, соединённые между собой, называются пероксидами (перекисями) и супероксидами. Они не относятся к категории оксидов.

В зависимости от химических свойств различают: солеобразующие оксиды; основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO); кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2); амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Al2О3); несолеобразующие оксиды (например, оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO).

Соли - класс химических соединений, кристаллические вещества, по внешнему виду похожие на обычную поваренную соль.

Соли имеют ионную структуру. При растворении (диссоциации) в водных растворах соли дают положительно заряженные ионы металлов и отрицательно заряженные ионы кислотных остатков (иногда также ионы водорода или гидроксогруппы). В зависимости от соотношения количеств кислоты и основания в реакциях нейтрализации могут образоваться различные по составу соли.

Типы солей:

Средние (нормальные) соли - все атомы водорода в молекулах кислот замещены на атомы металла. Пример: Na2CO3, K3PO4;

Кислые соли - атомы водорода в молекулах кислоты замещены атомами металла частично. Получаются они при нейтрализации основания избытком кислоты. Пример: NaHCO3, K2HPO4;

Основные соли - гидроксогруппы основания (OH-) частично заменены кислотными остатками. Получаются при избытке основания. Пример: Mg(OH)Cl;

Двойные соли - образуются при замещении атомов водорода в кислоте атомами двух разных металлов. Пример: CaCO3·MgCO3, Na2KPO4;

Смешанные соли - в их составе один катион и два аниона. Пример: Ca(OCl)Cl;

Гидратные соли (кристаллогидраты) - в их состав входят молекулы кристаллизационной воды. Пример: CuSO4·5H2O;

Комплексные соли - особый класс солей. Это сложные вещества, в структуре которых выделяют координационную сферу, состоящую их комплексообразователя (центральной частицы) и окружающих его лигандов. Пример: K2, Cl3, (NO3)2;

Особую группу составляют соли органических кислот, свойства которых значительно отличаются от свойств минеральных солей.

Основания - (основные гидроксиды) - класс химических соединений, вещества, молекулы которых состоят из ионов металлов или иона аммония и одной (или нескольких) гидроксогруппы (гидроксида) -OH. В водном растворе диссоциируют с образованием катионов и анионов ОН-. Название основания обычно состоит из двух слов: «гидроксид металла/аммония». Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.

Согласно другому определению, основания - один из основных классов химических соединений, вещества, молекулы которых являются акцепторами протонов. В органической химии по традиции основаниями называют также вещества, способные давать аддукты («соли») с сильными кислотами, например, многие алкалоиды описывают как в форме «алкалоид-основание», так и в виде «солей алкалоидов».

Классификация оснований: растворимые в воде основания (щёлочи): LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2; практически нерастворимые в воде гидрооксиды: Mg(OH)2, Zn(OH)2, Cu(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3; другие основания: NH3 × H2O.

Химические свойства:

1. Действие на индикаторы: лакмус - синий, метилоранж - жёлтый, фенолфталеин - малиновый,

2. Основание + кислота = Соли + вода NaOH + HCl = NaCl + H2O

3. Щёлочь + кислотный оксид = соли + вода 2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O

4. Щёлочь + соли = (новое)основание + (новая) соль Ba(OH)2 + Na2SO4 = BaSO4&darr + 2NaOH

Кислоты - один из основных классов химических соединений. Они получили своё название из-за кислого вкуса большинства кислот, таких, как азотная или серная. По определению кислота - это протолит (вещество, участвующее в реакциях с переходом протона), отдающий протон в реакции с основанием, то есть веществом, принимающим протон. В свете теории электролитической диссоциации кислота - это электролит, при электролитической диссоциации из катионов образуются лишь катионы водорода.

Классификация кислот:

По основности - количество атомов водорода: одноосновные (HPO3), двухосновные (H2SeO4, Азелаиновая кислота), трёхосновные (H3PO4);

По силе: сильные (диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10-3 (HNO3)) и слабые (константа диссоциации меньше 1·10-3 (уксусная кислота Kд= 1,7·10-5));

По устойчивости: устойчивые (H2SO4) и неустойчивые (H2CO3);

По принадлежности к классам химических соединений: неорганические (HBr), органические (HCOOH);

По летучести: летучие (H2S) и нелетучие;

По растворимости: растворимые (H2SiO3) и нерастворимые.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Цель работы – ознакомление с важнейшими классами неорганических соединений: оксидами, гидроксидами, солями, способами их получения и свойствами.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

На сегодняшний день известно около 300 тысяч неорганических соединений. Их можно разделить на три важнейших класса: оксиды, гидроксиды и соли.

ОКСИДЫ – продукты соединения элементов с кислородом .

Оксиды можно получить реакцией соединения элемента с кислородом:

2Mg + O 2 = MgO,

4P + 5O 2 = 2 P 2 O 5

или реакцией разложения сложного вещества:

CaCO 3 = CaO + CO 2 ,

2 Zn(NO 3) 2 = 2 ZnO + 4 NO 2 + O 2 .

Различают солеобразующие и несолеобразующие оксиды, а также пероксиды.

Солеобразующие оксиды подразделяют на основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды образуют щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), щелочно-земельные металлы (Mg, Ca, Sr, Ba) и металлы с переменной степенью окисления, расположенные в побочных подгруппах ПТМ в своих низших степенях окисления +1, +2 (например:Zn, Cd, Hg, Cr, Mn и др.). Их гидроксиды являются основаниями.

Хорошо растворимые в воде основания щелочных металлов называются щелочами. Они могут быть получены при растворении в воде соответствующих оксидов, например:

Na 2 O + H 2 O = 2NaOH

Гидроксиды (основания) щелочно-земельных металлов (Mg, Ca, Sr, Ba) также образуются при растворении в воде соответствующих оксидов однако, все они, кроме гидроксида бария Ba(OH) 2 , являются мало- или труднорастворимыми.

Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами и кислотами с образованием солей:

CaO + CO 2 = CaCO 3 ;

CuO + 2 HCl = CuCl 2 + H 2 O.

Кислотные оксиды образуют неметаллы (B, C, N, P, S, Cl и др.), а также металлы с переменной степенью окисления, расположенные в побочных подгруппах ПТМ, в своих высших степенях окисления +5, +6, +7 (например: V, Cr, Mn и др.).

Гидратами кислотных оксидов являются кислоты, которые могут быть получены при взаимодействии кислотных оксидов с водой:

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами и основаниями:

SO 2 + Na 2 O = Na 2 SO 3 ;

N 2 O 5 + 2 NaOH = 2 NaNO 3 + H 2 O.

Амфотерные оксиды образуют металлы главных подгрупп ПТМ (например: Al 3+, Sn 2+, Pb 2+ и др.) и металлы с переменной степенью окисления, расположенные в побочных подгруппах ПТМ, в средних степенях окисления +3, +4 (Cr, Mn, и др.). Их гидроксиды (гидраты) проявляют как основные, так и кислотные свойства. Амфотерные оксиды реагируют как с кислотами, так и с основаниями:

Cr 2 O 3 + 6 HCl = 2 CrCl 3 + 3 H 2 O;

Cr 2 O 3 + 2 NaOH = 2 NaCrO 2 + H 2 O

. Несолеобразующих оксидов немного (например, CO, NO, N 2 O), они не образуют солей ни с кислотами, ни с основаниями.

Пероксиды - производные перекиси водорода (H 2 O 2). Пероксиды щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba) относятся к солям пероксида водорода. В них атомы кислорода связаны между собой ковалентной связью (например, K 2 O 2: K– O – O –K) и легко разлагаются с отщеплением атомарного кислорода, поэтому пероксиды являются сильными окислителями

ГИДРОКСИДЫ – продукты соединения вные гидроксиды (основания), кислотныеоксидов с водой. Различают осно гидроксиды (кислоты) и амфотерные гидроксиды (амфолиты).

Основные гидроксиды (основания) в растворе диссоциируют на ионы металла и гидроксид – ионы:

NaOH ↔ Na + + OH ‾ .

Кислотность основания определяется числом гидроксид-ионов OH‾,которые называют функциональными группами оснований. По числу функциональных групп различают однокислотные (например: NaOH), двухкислотные (например:Ca(OH) 2), трехкислотные (например:Al(OH) 3) основания.

Многокислотные основания диссоциируют ступенчато:

Ca(OH) 2 ↔ (CaOH) + + OH ‾ , (CaOH) + ↔ Ca 2+ + OH ‾ .

Водные растворы хорошо растворимых оснований (щелочей) изменяют окраску индикаторов. В щелочных растворах фиолетовый лакмус синеет, бесцветный фенолфталеин становится малиновым, метиловый оранжевый – желтым.

Основания реагируют с кислотами, образуя соли и воду:

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O.

Если основание и кислота взяты в эквимолярных отношениях, то среда становится нейтральной, а такая реакция называется реакцией нейтрализации.

Многие нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются:

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.

Щелочи получают растворением оксидов в воде:

K 2 O + H 2 O = 2 KOH.

Нерастворимые в воде основания можно получить действием щелочей на растворимые соли металлов:

CuSO 4 + 2 NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 .

Кислотные гидроксиды (кислоты) диссоциируют на ионы водорода Н + (точнее ионы гидроксония Н 3 О +) и кислотный остаток:

HCl ↔ H + + Cl ‾ .

Основность кислоты определяется числом ионов водорода, которые называют функциональными группами для кислоты, например: HCl – одноосновна, H 2 SO 4 , - двухосновна, H 3 PO 4 – трехосновна.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

H 2 SO 3 ↔ Н + + HSO 3 ‾ ; HSO 3 ‾ ↔ Н + + SO 3 ‾ .

Различают кислотыбескислородные (HCl, HI, H 2 S, HCN и др.) и кислородсодержащие (HNO 3 , H 2 SO 4 , H 2 SO 3 , H 3 PO 4 и др.).

В растворах кислот лакмус становится красным, метиловый оранжевый – розовым, фенолфталеин остается бесцветным.

Кислоты получают растворением кислотных оксидов в воде:

P 2 O 5 + 3 H 2 O = 2 H 3 PO 4

или по реакции обмена соли с кислотой:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3 H 2 SO 4 = 3 CaSO 4 + 2 H 3 PO 4 .

Амфотерные гидроксиды (амфолиты) представляют собой гидроксиды, проявляющие в реакциях как основные, так и кислотные свойства. К ним относятся Be (OH) 2 , Al (OH) 3 , Zn(OH) 2 , Cr(OH) 3 и др. Амфотерные гидроксиды реагируют с основаниями как кислоты, с кислотами – как основания:

Сr(OH) 3 + 3 HCl = CrCl 3 + 3 H 2 O;

Сr(OH) 3 + 3 NaOH = Na 3 .

СОЛИ при диссоциации образуют ионы (катионы) металлов (или ион аммония NH 4 +) и ионы (анионы) кислотных остатков:

Na 2 SO 4 ↔ 2 Na + + SO 4 2 ‾ ,

NH 4 NO 3 ↔ NH 4 + + NO 3 ‾ .

Различают средние, кислые и основные соли.

Средние соли можно рассматривать как продукты полного замещения атомов водорода в кислоте атомами металла или гидроксогрупп основания кислотными остатками: NaCl, K 2 SO 4 , AlPO 4 .

H 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = BaSO 4 + 2H 2 O

KOH + HNO 3 = KNO 3 + H 2 O

Средние соли диссоциируют на катионы металла и анионы кислотных остатков:

AlPO 4 ↔ Al 3+ + PO 4 3 ‾.

Кислые соли (гидросоли) являются продуктами неполного замещения атомов водорода многоосновных кислот атомами металла: NaHSO 4 , Al (H 2 PO 4) 3 , KHCO 3^

H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O

Диссоциация кислой соли выражается уравнением:

Al(H 2 PO 4) 3 ↔ Al 3+ + 3 (H 2 PO 4) ‾ .

Анион (H 2 PO 4) ‾ дальнейшей диссоциации подвергается в незначительной степени.

вные солиОсно (гидроксосоли) являются продуктами неполного замещения гидроксогрупп многокислотного основания на кислотные остатки: AlOHSO 4 , MgOHCl, (CuOH) 2 SO 4 .

Mg(OH) 2 + HCI = MgOHCI + H 2 O

Диссоциация основной соли выражается уравнением:

AlOHSO 4 ↔ (AlOH) 2 + + SO 4 2‾ .

Катион (AlOH) 2+ дальнейшей диссоциации подвергается в незначительной степени.

Средние соли могут быть получены многими способами:

соединением металла и неметалла: 2 Na + Cl 2 = 2 NaCl;

соединением основного и кислотного оксидов: CaO + CO 2 = CaCO 3 ;

вытеснением активным металлом водорода или менее активного металла:

Zn + 2 HCl = H 2 + ZnCl 2 ,

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu;

реакцией нейтрализации: NaOH + HCl = NaCl + H 2 O;

реакцией обмена: Ba(NO 3) 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2 NaNO 3 и др.

Кислые соли могут быть получены в кислой среде:

NaOH + H 2 SO 4 (избыток) = NaHSO 4 + H 2 O;

Na 3 PO 4 + 2 H 3 PO 4 (избыток) = 3 NaH 2 PO 4 .

Основные соли могут быть получены в щелочной среде:

H 2 SO 4 + 2 Cu(OH) 2 (избыток) = (CuOH) 2 SO 4 + Na 2 SO 4 ,

2 CuSO 4 + 2 NaOH (недостаток) = (CuOH) 2 SO 4 + Na 2 SO 4

Кислые соли при избытке щелочи и основные соли при избытке кислоты переходят в средние соли: NaHSO 4 + NaOH (избыток) = Na 2 SO 4 + H 2 O,

(CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4 (избыток) = 2 CuSO 4 + 2 H 2 O.

Для многих металлов характерны комплексные соединения, которые диссоциируют в растворе как сильные электролиты, образуя устойчивые комплексные ионы:

CuSO 4 + 8NH 4 OH (избыток) = (OH) 2 + SO 4 + 8 H 2 O .

Степень диссоциации комплексных соединений незначительна:

(OH) 2 ↔ 2+ + 2 OH ‾

SO 4 ↔ 2+ + SO 4 2‾

Комплексные соединения многих d – металлов окрашены, что позволяет их использовать в аналитической практике для обнаружения ионов металлов.

Существуют также двойные соли, образованные разными металлами и одним кислотным остатком (KAl(SO 4) 2) и смешанные, образованные одним металлом и разными кислотными остатками (CaClOCl).

осно́вный или кислотный.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ОКСИДОВ

Большинство людей не задумывается о составе окружающих их предметов, веществ, материи. Атомы, молекулы, электроны, протоны - эти понятия кажутся не только непонятными, но и далекими от действительности. Однако такое мнение ошибочно. Практически все, что нас окружает, состоит из химических связей. Химические соединения - это достаточно сложные формы веществ. В окружающем нас мире великое множество таких связей. Однако и соединения, состоящие только из одного элемента химического, могут относиться к ним, например, кислород или хлор. Поэтому стоит подробнее разобрать вопрос: "Химические соединения - это что?"

Сложный "химический" мир

Мало кто задумывается о том, что окружающий нас мир состоит из сложных структур, макромолекул и крошечных частиц. Удивительно, насколько разнородны даже размеры атомов у разных элементов. Различия в величинах атомных масс тоже впечатляют - бериллий со своими 9 а. е. м. - "легковес" по сравнению с "тяжеловесом" астатом: его атомный вес составляет 210 а. е. м. (а. е. м. - атомные единицы массы - единица измерения массы атомов, молекул, ядер, которая равна 1/12 массы атома углерода, находящегося в основном состоянии).

Многообразие элементов обуславливает и наличие множества химических соединений (это, простыми словами, комбинация соединенных между собой атомов различных и, в некоторых случаях, одинаковых частей). Большинство предметов, веществ представляют собой именно такого рода соединения. Необходимый для жизни кислород, поваренная соль, ацетон... Можно еще очень долго перечислять примеры и всем известные, и понятные только узким специалистам. Что же такое эти химические соединения?

Определение, отличие от смесей

Химические соединения - это которые состоят из соединенных между собой атомов разных химических элементов, однако существуют исключения: к химическим соединениям относятся и простые вещества (то есть состоят из атомов одного элемента), если атомы этих веществ соединены ковалентной связью (она образована общими для обоих атомов электронами). К таким веществам относятся азот, кислород, большинство галогенов (в таблице Менделеева элементы седьмой группы главной подгруппы; фтор, хлор, бром, йод, предположительно и астат).

Зачастую путают между собой понятия "химическое соединение" и "смесь простых веществ". Смесь веществ - это, как можно сделать вывод из названия, не самостоятельное вещество, а система двух и более компонентов. Сам состав этих двух единиц химических веществ является основным различием между ними. Как уже говорилось, соединение химических элементов и смесь простых (или сложных) веществ - это не одно и то же. Свойства, способы получения, методы разделения на компоненты также являются отличительными критериями смесей и соединений. Важно отметить, что ни получить, ни разделить химические соединения нельзя без проведения химических реакций, а смеси - можно.

или элементов?

Очень многие люди также путают между собой словосочетания "соединение химических веществ" и "соединение элементов". По непонятным причинам, но, скорее всего, в силу своей некомпетентности, большинство из них не видит разницы между первым и вторым научными понятиями. Стоит узнать и понимать, что не существует такой терминологии, как "соединение химических веществ". Не стоит повторять за другими ошибки этимологии тех или иных не только выражений, но и слов.

Как определить свойства соединений

Зачастую свойства химических соединений разительно отличаются от свойств элементов, из которых они состоят. Например, молекула этилового спирта состоит из двух атомов углерода, шести атомов водорода и одного атома кислорода, однако его свойства разительно отличаются от свойств всех элементов своего состава. В связи с тем, что существуют разные классы соединений, то и свойства у каждого из них свои. Большинство реакций, безусловно, являются характерными для многих соединений, однако механизмы их проявления разные.

На какие классы делятся химические соединения

В зависимости от своей природы, существуют такие классы химических соединений, как органические и неорганические. Стоит сказать, что органическими называют вещества (соединения), в составе которых присутствует углерод (исключения составляют некоторые соединения, содержащие углерод, но относящиеся к неорганическим, ниже они приводятся). Основными группами органических соединений являются углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, карбоновые кислоты, амиды и амины. (соединения) в своем составе не содержат атомов углерода, однако среди них можно выделить карбиды, цианиды, карбонаты и оксиды углерода, так как они, наравне с органическими соединениями, в своем составе содержат его атомы. И те, и другие соединения имеют свои особенности, свои свойства, причем разные группы соединений одного класса могут иметь разные характеристики.

Неорганические соединения: основные свойства

Все неорганические соединения можно разбить на несколько групп. У каждого из данных есть общие свойства, зачастую не совпадающие с другими группами этого же класса. Итак, ответ на вопросы, какие химические соединения относятся к неорганическими, какие группы образуют и какими свойствами обладают, можно представить следующим образом:

Сложные неорганические соединения, их свойства

Как было сказано ранее, вторую группу неорганических соединений можно разделить на четыре подгруппы:

• Оксиды. Для этой подгруппы неорганических соединений характерны реакции взаимодействия с водой, кислотами и кислотными оксидами (у них есть соответствующая кислородсодержащая кислота).
• Кислоты. Эти соединения взаимодействуют с водой, щелочами и основными оксидами (у них есть соответствующее основание).
• Амфотерные соединения - соединения, которые могут вести себя и как кислоты, и как основания (обладают и теми, и теми свойствами). Такие соединения реагируют и с кислотными оксидами, и с основаниями.
• Гидроксиды. Эти вещества неограниченно растворяются в воде, изменяют окраску при воздействии на них щелочами.

Соединения органической природы

Большинство предметов, с которыми человек ежедневно сталкивается, изготовлены из органических соединений. Органические химические соединения представляют собой обширный класс связей, составы и свойства групп, при взаимодействии которых они отличаются завидной разнообразностью. Стоит подробнее рассмотреть группы этих соединений.

Группы органических соединений и их некоторые свойства

1. Углеводороды. Они представляют собой соединения только атомов водорода и углерода. Можно выделить предельные и непредельные, линейные (ациклические) и карбоциклические, ароматические и не ароматические; алканы, алкены, алкины, диены, нафтены. Для всех перечисленных углеводородов является общим свойством их не смешиваемость с водой. Для предельных типичны реакции замещения, а для непредельных - присоединения.
2. Спирты - соединения, содержащие в своем составе гидроксильную (-ОН) группу (конечно, органические соединения). Они обладают свойствами слабых кислот, для них характерны реакции нуклеофильного замещения и реакции окисления, а также спирты сами могут выступать в качестве нуклеофила.
3. Простые и сложные эфиры. Простые эфиры малорастворимы в воде, обладают слабоосновными свойствами. Сложные эфиры выступают в качестве носителей электрофильных реагентов, вступают в реакции замещения.
4. Альдегиды (содержат альдегидную -СНО группу). Они вступают в такие реакции, как присоединение, окисление, восстановление, сопряженного присоединения.
5. Кетоны. Для них характерны гидрирование, конденсация, нуклеофильное замещение.
6. Карбоновые кислоты. Они проявляют, конечно же, кислотные свойства. Восстановление, галогенирование, реакции нуклеофильного замещения у ацильного атома углерода, получение амидов и нитрилов, декарбоксилирование - основные характерные реакции.
7. Амиды. Гидролизация, разложение, кислотность и основность - основные свойственные реакции для амидов.
8. Амины. Являются основаниями; взаимодействуют с водой, с кислотами, с ангидридами, галогенами и галогеналканами.

Химические соединения и родственные им по природе фазы в металлических сплавах многообразны. Характерные особенности химических соединений:

1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. Атомы располагаются упорядоченно. Химические соединения имеют сплошную кристаллическую решетку (рис. 7).

2. В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов, что позволяет их выразить формулой: А n B m, А и В-компоненты; n и m - простые числа.

3. Свойства соединения редко отличаются от свойств образующих его компонентов. Cu - НВ35; Al - НВ20; CuAl 2 - НВ400.

4. Температура плавления (диссоциации) постоянная.

5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

Химические соединения образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

Рисунок 7. Кристаллические решетки: а, б - соединение NaCl, в-соединение Cu2MnSn (ячейка состоит из 8 атомов меди, 4 атомов марганца и 4 атомов олова)

Примером типичных химических соединений с нормальной валентностью могут служить соединения Mg с элементами IV-VІ групп Периодической системы: Mg 2 Sn, Mg 2 Pb, Mg 2 P 2 , Mg 2 Sb 2 , Mg 3 Bі 2 , MgS и др. Соединения одних металлов с другими носят название интерметаллидов. Химическая связь в интерметаллидах чаще металлическая.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сплавах, отличается по некоторым особенностям от типичных химических соединений, так как не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава. Рассмотрим наиболее важные химические соединения, образующиеся в сплавах.

Фазы внедрения

Переходные металлы (Fe, Mn, Cr, Mo, Ti, V, W и др.) образуют с неметаллами С, N, Н соединения: карбиды (с С ), нитриды (с N ), бориды (с В ), гидриды (с Н ). Часто их называют фазами внедрения.

Фазы внедрения имеют формулу:

М 4 Х (Fe 4 N, Mn 4 N и др.),

М 2 Х (W 2 C, Mo 2 C, Fe 2 N, Cr 2 N и др.),

МХ (WC, TiC, VC, NbC, TiN, VN и др.).

Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (Rх) и металла (Rм).

Если Rх/Rм < 0,59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) и гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава, а соответствующие им формулы (химические) обычно характеризуют максимальное содержание в них металлов.

Фазы внедрения обладают высокой: электропроводностью, температурой плавления и высокой твёрдостью.

Фазы внедрения имеют кристаллическую решетку, отличную от решетки металла растворителя.

На базе фаз внедрения легко образуются твердые растворы вычитания (VC, TiC, ZrC, NbC), часть атомов в узлах решетки отсутствует.

Электронные соединения.

Эти соединения образуют между одновалентными (Cu, Ag, Au, Li, Na) металлами или металлами переходных групп (Mn, Fe, Co и др.), с одной стороны, и с простыми металлами с валентностью от 2 до 5 (Be, Mg, Zn, Cd, Al и др.) с другой стороны.

Соединения этого типа (определил английский металлофизик Юм - Розери), характеризуются определенным отношением валентных электронов к числу атомов: 3/2; 21/13; 7/4; каждому соотношению соответствует определенная кристаллическая решетка.

При отношении 3/2 образуется ОЦК решетка (обозначается? - фаза) (CuBe, CuZn, Cu 3 Al, Cu 5 Sn, CoAl, FeAl).

При 21/13 имеют сложную кубическую решетку (52 атома на ячейку) - ? - фаза (Cu 5 Zn 8 , Cu 31 Sn 8 , Cu 9 Al 4 , Cu 31 Si 8).

При 7/4 имеется плотноупакованная гексагональная решетка, обозначается? - фазой (CuZn 3 , CuCd 3 , Cu 3 Si, Cu 3 Sn, Au 3 Sn, Cu 5 Al 3).

Электронные соединения встречаются во многих технических сплавах - Cu и Zn, Cu и Sn (олово), Fe и Al, Cu и Si и т.п. Обычно в системе наблюдается все три фазы (?, ?, ?).

У электронных соединений определенное соотношение атомов, кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов - это признаки хим. соединений. Однако в соединениях нет упорядоченного расположения атомов. С понижением температуры (после нагрева) происходит частичное упорядочение, но не полное. Электронные соединения образуют с компонентами, из которых состоят твердые растворы в широком интервале концентраций.

Таким образом, этот вид соединений следует считать промежуточными между химическими соединениями и твердыми растворами.

Таблица №1 - Электронные соединения

Фазы Лавеса

Имеют формулу АВ 2 , образуются при соотношении атомных диаметров компонентов Д А /Д В = 1,2 (чаще 1,1-1,6). Фазы Лавеса имеют ГПУ гексагональную решетку (MgZn 2 и MgNi 2, BaMg 2 , MoBe 2 , TiMn 2) или ГЦК (MgCu 2 , AgBe 2 , Ca Al 2 , TiBe 2 , TiCr 2). Данные фазы встречаются как упрочняющие интерметаллидные фазы в жаропрочных сплавах.

Характерные особенности химических соединений:

• 1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение.
• 2. В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов. Это позволяет выразить их состав простой формулой AnBm, где А и В - соответствующие элементы; п и т - простые числа.
• 3. Свойства соединения резко отличаются от свойств образующих его компонентов.
• 4. Температура плавления (диссоциации) постоянная.
• 5. Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

В отличие от твердых растворов химические соединения обычно образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

В качестве примера типичных химических соединений с нормальной валентностью можно указать на соединения магния с элементами IV-VI групп периодической системы: Mg2Sn, Mg2Pb, Mg2P, Mg8Sb, Mg3Bia, MgS и др.

Соединения одних металлов с другими - интерметаллиды (интерметаллических соединений).

Соединения металла с неметаллом (нитриды, карбиды, гидриды и т. д.), которые могут обладать Ме связью - металлическими соединениями.

Большое число химических соединений, образующихся в металлических сп-лавах, отличается по некоторым особенностям от типичных химических соединений, так как не подчиняется законам валентности и не имеет постоянного состава.

Фазы внедрения.

Переходные металлы (Fe, Mn, Сг, Мо и др.) образуют с углеродом, азотом, бором и водородом (имеют малый атомный радиус) соединения: карбиды, нитриды, бориды и гидриды. Они имеют общность строения и свойств.

Фазы внедрения имеют формулу М4Х (Fe4N, Mn4N и др.), М2Х (W2C, Mo2C, Fe2N и др.), MX (WC, VC, TiC, NbC, TiN, VN и др.).

Кристаллическая структура фаз внедрения определяется соотношением атомных радиусов неметалла (Rx) и металла (Rм). Если Rx/Rm < 59, то атомы металла в этих фазах расположены по типу одной из простых кристаллических решеток: кубической (К8, К12) или гексагональной (Г12), в которую внедряются атомы неметалла, занимая в ней определенные поры.

Фазы внедрения являются фазами переменного состава. Карбиды и нитриды, относящиеся к фазам внедрения, обладают высокой твердостью.

Рассмотренные выше твердые растворы внедрения образуются при значительно меньшей концентрации второго компонента (С, N, И) и имеют решетку металла растворителя, тогда как фазы внедрения получают кристаллическую решетку, отличную от решетки металла.

Если условие RX/RM < 0,59 не выполняется, как это наблюдается для карбида железа, марганца и хрома, то образуются соединения с более сложными решетками, и такие соединения нельзя считать фазами внедрения. На базе фаз внедрения легко образуются твердые растворы вычитания, называемые иногда твердыми растворами с дефектной решеткой. В твердых растворах вычитания часть узлов решетки, которые должны быть заняты атомами одного из компонентов, оказываются свободными. В избытке по сравнению со стехиометрическим соотношением МпХт имеется другой компонент.

Электронные соединения

Одновалентные Ме и неМе переходных групп соед-ся с простыми Ме с валентностью от 2 до 5 (Cu, Ag, Co, Fe). У них опр-ое отношение числа валентных е к числу атомов (е концентрации): 3/2 (1,5); 21/13 (1,62); 7/4 (1,75).

В отличие от хим. соедин. С нормальной валентностью они обр-ют тв.р-ры в широком интервале концентрации.

Фазы Лавеса.

Эти фазы имеют формулу АВ2 и образуются между компонентами типа А и В при отношении атомных диаметров DА/DB = 1,2 (чаще 1,1-1,6). Фазы Лавеса имеют плотноупакованную кристаллическую решетку гексагональную (MgZn2 и MgNi2) или гранецентрированную кубическую (MgCu2). К фазам Лавеса относятся AgBe2, CaAl2, TiBe2, TiCr2 и др. (тип MgCu2) или BaMg2, MoBe2, TiMn2 и др. (тип MgZn2).