1. Гидроксиды
Начнем с того, что такое гидроксиды?
Гидроксиды ‒ сложные вещества, соединения химического элемента, исключая фтор и кислород, и одной или нескольких групп атомов OH, имеющие формулу Э(ОН)n, где Э ‒ химический элемент, a n ‒ степень окисления данного элемента. Например, Cu(OH)2, H3BO3, H2SO4, NaOH.
Гидроксиды разделяют на три важнейшие группы:
1. Основные гидроксиды:
LiOH, KOH, NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 и другие.
Это гидроксиды металлов низкой степени окисления (+1 и +2)
2. Кислотные гидроксиды:
H2SO4, H3PO4, H2SeO4, HNO3 и другие.
Кислотные гидроксиды, как правило имеют в своем составе элемент высокой степени окисления (от +4 до +7), но есть и исключения, например, HClO – хлорноватистая кислота, где хлор имеет степень окисления +1.
3. Амфотерные гидроксиды:
Zn(OH)2, Pb(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3 и другие.
Это гидроксиды металлов в степени окисления (+3), в некоторых случаях (+2).
2. Амфотерные гидроксиды
Давайте сначала разберемся что такое амфотерность. Амфотерность (от др.-греч. ἀμφότεροι «двоякий, двойственный») ‒ способность некоторых химических веществ и соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и основные свойства.
Амфотерными бывают оксиды (ZnO, Al2O3, PbO и другие) и гидроксиды (Cr(OH)3, Zn(OH)2, Pb(OH)2 и другие).
★ Понятие амфотерность как характеристика двойственного поведения вещества было введено в 1814 г. Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром.
★ А. Ганч в рамках общей химической теории кислотно-основных взаимодействий определил амфотерность как «способность некоторых соединений проявлять как кислотные, так и основные свойства в зависимости от условий и природы реагентов, участвующих в кислотно-основном взаимодействии, особенно в зависимости от свойств растворителя».
★ Явление амфотерности объясняется тем, что в амфотерных веществах прочность связей между металлом и кислородом незначительно отличается от прочности между кислородом и водородом. Разрушение в таких случаях возможна и тех и других связей.
Формулы амфотерных гидроксидов могут быть записаны по-разному:
1. В форме основания, например, гидроксид свинца ‒ Pb(OH)2
2. В форме “кислоты”, например, «свинцовая кислота» ‒ H2PbO2
3. В графической форме, например, H‒O‒Pb‒O‒H
Амфотерность, как явление свойственна как неорганическим, так и органическим соединениям, например, аминокислотам (Тирозин ‒ C₉H₁₁NO₃, Серин‒ C₃H₇NO₃) и белкам.
Исходя из всего вышеперечисленного, амфотерные гидроксиды ‒ гидроксиды, которые проявляют и кислотные, и основные свойства в зависимости от внешней среды.
3. Физические свойства гидроксидов
Амфотерные гидроксиды ‒ твердые вещества, нерастворимые в воде. Их цвет (обычно белый) зависит от катионов металла, входящих в соединение
4. Химические свойства амфотерных гидроксидов
В нейтральной среде (водной) амфотерные гидроксиды практически не растворяются и не диссоциируются на ионы. Амфотерные гидроксиды хорошо растворяются в кислотной и щелочной средах. Амфотерные гидроксиды взаимодействуют с кислотами и щелочами, образуя соль и воду.
1. Взаимодействуя, с кислотами:
Амфотерные гидроксиды реагируют с кислотами как основание, с получением соли соответствующей кислоты и воды.
Zn(OH)2 + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + 2H2O
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + 3HNO3 = Cr(NO3)3 + 3H2O
2. Взаимодействуя, с щелочами:
Амфотерные гидроксиды реагируют с щелочами с образованием комплексных солей.
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Zn(OH)2 + 2KOH = K2ZnO2 + 2H2O (при высоких температурах)
Продукты реакции часто зависят от условий протекания реакции:
2NaOH + Zn(OH)2 = Na2[Zn(OH)2] (комнатная температура, концентрированная щелочь)
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O (сплавление)
3. При термической обработке:
При нагревании амфотерные гидроксиды разлагаются на соответствующие амфотерные оксиды и воду, например:
4. Взаимодействуют с высшими оксидами, соответствующие устойчивым кислотам:
С высшими оксидами, например, P2O5, N2O5, SO3 и другие, исключая SiO2 так как с ним они не реагируют, с образованием средних солей.
В присутствии воды с углекислым газом исключительно с образованием основных солей
5. Получение амфотерных гидроксидов
1. Наиболее распространенным способом получения амфотерных гидроксидов является приливание по каплям раствора щелочи к раствору соли соответствующего металла. Недостаток такого способа состоит в том, что при избытке щёлочи амфотерный гидроксид начинает растворяться и образуется комплексная соль.
2. Вместо раствора сильной щелочи так же можно использовать раствор аммиака, который проявляет слабые щелочные свойства.
Таким образом в лабораторных условиях и получают гидроксид алюминия.
Стоит отметить, что для получения гидроксида цинка нельзя использовать концентрированный раствор аммиака, поскольку Zn(OH)2 легко в нём растворяется с образованием комплексной соли (гидроксида тетраамминцинка).
3. Также можно получить амфотерные гидроксиды подкислением комплексных солей, используя кислотные оксиды или растворы кислот.
4. Получить амфотерные гидроксиды можно, используя гидролиз солей,образованных слабой кислотой и амфотерным гидроксидом.
5. При снятии оксидной пленки некоторые металлы (например, алюминий) реагируют с водой и образуют амфотерные гидроксиды.
6. Применение амфотерных гидроксидов
❖ Гидроксид бериллия — Be(OH)2 используют:
➢ как компонент стекол, хорошо пропускающий ультрафиолетовые лучи.
➢ для получения огнеупорной керамики.
❖ Гидроксид меди (II) — Cu(OH)2 используют:
➢ в качестве пигмента для стекол, эмалей и глазурей.
➢ при травлении тканей.
❖ Гидроксид железа (III) — Fe(OH)3 используют:
➢ при очистке газов от сероводорода (ядовитого газа H2S)
➢ в качестве основы для изготовления металлического железа и красящих пигментов.
❖ Гидроксид цинка — Zn(OH)2 используют:
➢ как компонент красок и медицинских мазей.
➢ для синтеза различных соединений цинка, в основном солей.
❖ Гидроксид алюминия — Al(OH)3 используют:
➢ как компонент зубных паст.
➢ при очистке воды, так как обладает способностью абсорбировать различные вещества.
➢ как антипирен в лакокрасочных материалах
❖ Гидроксид галлия — Ga(OH)3 используют:
➢ в создании полупроводниковых лазеров и светодиодов синего и ультрафиолетового диапазона.
❖ Гидроксид олова — Sn(OH)2 используют:
➢ для травления ткани, особенно шелка.
❖ Гидроксид свинца — Pb(OH)2 используют:
➢ для травления тканей.
➢ при изготовлении стекла.
➢ в качестве наполнителя аккумуляторов.
❖ Гидроксид хрома (III) — используют:
➢ в аналитической химии
➢ для получения соединений, содержащих соответствующие соединения, в основном соли.
❖ Гидроксид кадмия — используют:
➢ в электротехнике для изготовления никелево-кадмиевых анодов и серебряно-кадмиевых аккумуляторов.
7. Заключение
Есть множество способов получения амфотерных гидроксидов, но одним из лучших и чаще применяемых — осаждение из водного раствора солей с помощью гидрата аммиака (так как он является слабым основанием и будет растворять амфотерные гидроксиды только при большой концентрации), однако для гидроксида цинка этот способ неудобен.
Амфотерные гидроксиды в различных условиях ведут себя по-разному и в одних случаях могут проявлять свойства основных гидроксидов, а в других свойства кислотных гидроксидов. После проделанной работы над рефератом могу сделать вывод о том, что амфотерность характерна для металлов наиболее, имеющих наиболее часто степень окисления +2 и +3.
Амфотерность — явление свойственное неорганическим и органическим соединениям.
