Неорганические кислоты и основания в свете периодического закона Д.И.Менделеева и теории электролитической диссоциации .
Начнем разговор с высших оксидов и летучих водородных соединений элементов. Для начала - определение степени окисления.
СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ - это число частично или полностью смещенных электронов от одного атома к другому в их химическом соединении.
Если электроны атомом отданы - степень окисления положительная. Если электроны атомом получены - степень окисления отрицательная.
Начиная с главной подгруппы IV группы максимальная степень окисления - это номер группы.
Летучие водородные соединения характерны для IV, V, VI, VII групп. Элементы этих групп более электроотрицательны, чем водород. Поэтому они имеют отрицательную степень окисления - притягивают к себе электроны.
Минимальная степень окисления СО min = номер группы - 8.
Для углерода СО min = 4-8 = -4. Летучее водородное соединение - СН4 (метан).
Для азота СО min = 5-8= -3. Летучее водородное соединение - NH3 (аммиак)
Для кислорода СО min = 6-8= -2. Летучее водородное соединение - Н2О (вода)
Для фтора СО min = 7-8= -1. Летучее водородное соединение - HF (фтороводород).
Общее строение летучих водородных соединений в пределах одной группы сходно:
Итак, высшая степень окисления равна номеру группы.Низшая степень окисления равна номеру группы минус восемь.
Деление на металлы и неметаллы в периодической таблице - провести диагональ от бора к полонию и астату (см . рис.)
Высшие кислородсодержащие кислоты. Общей формулы для высших кислородсодержащих кислот неметаллов одной и той же группы не существует. С возрастанием порядкового номера в группе - увеличивается радиус атома.С увеличением радиуса атом может разместить вокруг себя большее число атомов кислорода.
Отсюда - понятие КООРДИНАЦИОННОГО ЧИСЛА. Это число частиц,примыкающих в кристаллической решетке или в молекуле к данному атому вплотную.
Координационные числа у неметаллов в высших кислородсодержащих кислотах одинаково у неметаллов одного и того же периода (II период - 3, III и IV период - 4, V период - 6.)
В высших кислородсодержащих кислотах , в их солях и даже в соответствующих им оксидах свойства изменяются закономерно с возрастанием порядкового номера элемента.
Свойства элемента По группе вниз По периоду вправо
Заряд ядра Увеличивается Увеличивается
Число валентных Постоянно Увеличивается
электронов
Число энергетических Увеличивается Постоянно
уровней (электронных
оболочек)
Радиус атома Увеличивается Уменьшается
Электроотрицательность Уменьшается Увеличивается
Степень окисления Постоянна Увеличивается
в высшем оксиде
Степень окисления Постоянна Уменьшается
в водородном соединении
IV - VII группы
Радиус протона по сравнению с радиусами других атомов практически ничтожен. Из физики нам известно,что притягиваются и отталкиваются заряженные тела с тем большей силой, чем больше их заряд и чем меньше расстояние между ними. Если представлять атомы в виде шарообразных тел (одно из научных допущений) - то расстояние между ними есть расстояние между центрами их атомов. В периоде радиус атома уменьшается, следовательно, возрастает сила притяжения и упрочняется связь иона металла с оксид- ионом. Соответственно, затрудняется отщепление гидроксид-иона. То есть основные свойства соединений ослабевают,а затем и вовсе утрачиваются.У гидроксидов металлов ву периоде наблюдается уменьшение растворимости гидроксида, то есть ослабление основных свойств.
NaOH хорошо растворим в воде
Mg(OH)2 малорастворим в воде
Al(OH)3 практически нерастворим в воде
Увеличение заряда иона металла и уменьшение его радиуса ведут к упрочнению связи иона металла с оксид-ионом.Отщепление гидроксид-ионов все более затрудняется, а затем становится невозможным.Увеличивается заряд центрального иона металла и соответственно увеличивается отталкивание им протонов.
Связь протонов с остальной частью молекулы ослабляется.Протоны получают возможность отщепляться от молекулы - то есть появляются кислотные свойства.Основания сменяются кислотами, сила кислот в периоде возрастает вправо.
Амфотерный гидроксид алюминия (III) не отщепляет ни протон Н+, ни гидроксил ОН-. Но при растворении в кислотах отщепляется гидроксил,а при растворении в щелочах отщепляется протон.То есть проявляются свойства и основания ,и кислоты.
Сила кислот - это их способность в водном растворе отщеплять протоны.Сила оснований - это их способность в водном растворе или в расплаве отщеплять ион гидроксила ОН-.
Основания тем сильнее,чем меньше заряд иона металла и чем больше его радиус. В периодах сила оснований резко уменьшается из-за увеличения заряда иона металла, а в главных подгруппах - увеличивается из-за возрастания радиуса иона металла.
В периоде кислотные свойства увеличиваются вправо.
В группе основные свойства увеличиваются вниз.
Сильные электролиты - то есть вещества, способные диссоциировать полностью - это гидроксиды металлов с самыми малыми зарядами и большими радиусами ионов (щелочные и щелочноземельные металлы) - это щелочи.Основные и амфотерные гидроксиды всех остальных металлов , кроме гидроксида магния (II) - в воде практически нерастворимы.
Кислоты - это вещества, отщепляющие протоны в водном растворе. Связь протона с ионами кислотного остатка тем прочнее, чем больше заряд иона кислотного остатка и чем меньше его радиус. Из высших кислородсодержащих кислот самые сильные (способные диссоциировать в водном растворе полностью) - лишь кислоты с малыми зарядами кислотного остатка -1 и -2 (одно- и двухосновные) - азотная и серная кислоты.
Все основания - растворимые и нерастворимые - реагируют с сильными кислотами с образованием соли и воды.
Щелочи реагируют с растворами солей с образованием нерастворимых солей или нерастворимых оснований.
Единственный признак амфотерности гидроксида - это растворимость его в сильных кислотах и сильных щелочах ( как нерастворимое в воде основание или нерастворимая в воде кислота).
Сильные кислоты и щелочи - это вещества, способные в водных растворах диссоциировать полностью.
Соли реагируют с кислотами,щелочами, солями - если один из образовавшихся продуктов реакции нерастворим.
С уважением, И. В. Лосяков.
Источник : Учебники неорганической химии для 7,8,9-го класса издания 70-х годов. Авторы Ю.В.Ходаков, Д.А.Эпштейн, П.А.Глориозов.