13) Классификация неорганических веществ. Простые и сложные вещества.Основные классы сложных веществ.

Введение

Мир вокруг нас состоит из огромного количества разнообразных веществ. Чтобы систематизировать и изучать их, химия использует классификацию — разделение веществ на группы (классы) на основе их общих свойств, состава и строения. Основополагающим принципом в неорганической химии является деление всех веществ на простые и сложные. Понимание этой классификации является фундаментом для всего последующего изучения химии.

1. Простые и сложные вещества

Критерием для разделения служит состав вещества.

Простые вещества

Простые вещества — это вещества, образованные атомами только одного химического элемента.

• Ключевая характеристика: В их состав входят атомы одного вида.
• Примеры:
  Железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al) — простые вещества, образованные элементами железом, медью, алюминием соответственно.
  Кислород (O₂), озон (O₃), водород (H₂), азот (N₂) — простые вещества, образованные элементами кислородом, водородом, азотом.

Важное замечание: Не следует путать понятия «химический элемент» и «простое вещество». Элемент — это абстрактное понятие, определенный вид атомов. А простое вещество — это реальная физическая форма существования этого элемента в свободном виде. Например, мы говорим: «Молекула водорода (H₂) состоит из двух атомов элемента водорода».

Простые вещества, в свою очередь, делятся на две большие группы:

1. Металлы: Обладают характерными свойствами — металлическим блеском, высокой тепло- и электропроводностью, ковкостью и пластичностью (железо, медь, золото, ртуть).
2. Неметаллы: Не обладают свойствами металлов. При обычных условиях могут быть газами (кислород, хлор), жидкостями (бром) или твёрдыми веществами (сера, углерод в виде алмаза или графита).

Сложные вещества (Химические соединения)

Сложные вещества (или химические соединения) — это вещества, образованные атомами двух или более различных химических элементов.

• Ключевая характеристика: Их состав сложен, то есть включает разные виды атомов, химически связанных между собой.
• Примеры:
  Вода (H₂O) состоит из атомов водорода (H) и кислорода (O).
  Поваренная соль (хлорид натрия, NaCl) состоит из атомов натрия (Na) и хлора (Cl).
  Кварц (оксид кремния (IV), SiO₂) состоит из атомов кремния (Si) и кислорода (O).

Количество сложных веществ многократно превышает количество простых. Они обладают собственными, отличными от исходных элементов, физическими и химическими свойствами.

2. Основные классы сложных неорганических веществ

Сложные неорганические вещества классифицируют на основе их состава и химических свойств. Выделяют четыре основных класса: оксиды, основания, кислоты и соли.

2.1. Оксиды

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых обязательно является кислород в степени окисления -2.

• Общая формула: ЭᵐO (где Э — химический элемент).
• Номенклатура: Называются словом «оксид», после которого указывается название элемента (в родительном падеже). Если элемент имеет переменную валентность, она указывается в скобках римской цифрой.
  Примеры: CuO — оксид меди(II), CO₂ — оксид углерода(IV), P₂O₅ — оксид фосфора(V).

Классификация оксидов:

1. Солеобразующие оксиды (способны реагировать с кислотами или основаниями с образованием соли и воды):
   Основные оксиды: Образованы металлами в степени окисления +1, +2 (реже +3). Им соответствуют основания. Примеры: Na₂O, CaO, MgO (но не ZnO, Al₂O₃).
   Кислотные оксиды: Образованы неметаллами и металлами в высоких степенях окисления (+5, +6, +7). Им соответствуют кислоты. Примеры: SO₂, SO₃, P₂O₅, CrO₃.
   Амфотерные оксиды: Обладают двойственной природой, могут реагировать и с кислотами, и со щелочами. Примеры: ZnO, Al₂O₃, Cr₂O₃, BeO.
2. Несолеобразующие оксиды: Не реагируют ни с кислотами, ни со основаниями и не образуют соли. Примеры: CO, N₂O, NO.

2.2. Основания (Гидроксиды)

Основания — это сложные вещества, состоящие из иона металла и одной или нескольких гидроксогрупп (OH⁻).

• Общая формула: M(OH)ₙ, где M — металл, n — его валентность.
• Номенклатура: Называются словом «гидроксид», после которого указывается название металла. Если валентность переменная, она указывается.
  Примеры: NaOH — гидроксид натрия, Ca(OH)₂ — гидроксид кальция, Fe(OH)₃ — гидроксид железа(III).

Классификация оснований:

1. По растворимости в воде:
   Щёлочи: Растворимые в воде основания, образованные щелочными (Li, Na, K, Rb, Cs) и щелочноземельными (Ca, Sr, Ba) металлами. Примеры: NaOH, KOH, Ba(OH)₂.
   Нерастворимые основания: Все остальные. Примеры: Cu(OH)₂, Fe(OH)₂, Zn(OH)₂.
2. По силе (степени диссоциации):
   Сильные основания (щёлочи).
   Слабые основания (большинство нерастворимых гидроксидов).

Особняком стоит группа амфотерных гидроксидов, которые, как и оксиды, проявляют двойственные свойства (например, Zn(OH)₂, Al(OH)₃).

2.3. Кислоты

Кислоты — это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотного остатка.

• Общая формула: HmAc, где Ac — кислотный остаток, m — его валентность.
• Номенклатура: Название зависит от атомов, входящих в состав кислотного остатка.
  Бескислородные кислоты: Называются с добавлением слова «водородная». Примеры: HCl — хлороводородная (соляная) кислота, H₂S — сероводородная кислота.
  Кислородсодержащие кислоты: Название образуется от названия элемента с добавлением суффиксов и окончаний. Примеры: H₂SO₄ — серная кислота, HNO₃ — азотная кислота, H₂SiO₃ — кремниевая кислота.

Классификация кислот:

1. По наличию кислорода:
   Кислородсодержащие (H₂SO₄, HNO₃).
   Бескислородные (HCl, HBr, H₂S).
2. По основности (количество атомов водорода, способных замещаться на металл):
   Одноосновные (HCl, HNO₃).
   Двухосновные (H₂SO₄, H₂S).
   Трёхосновные (H₃PO₄).
3. По силе (степени диссоциации):
   Сильные (HCl, H₂SO₄, HNO₃).
   Слабые (H₂CO₃, H₂S, H₂SiO₃).

2.4. Соли

Соли — это сложные вещества, состоящие из ионов металлов (или катиона аммония NH₄⁺) и ионов кислотных остатков.

• Общая формула: MAc, где M — металл, Ac — кислотный остаток.
• Номенклатура: Называются от имени кислотного остатка и имени металла с указанием валентности, если она переменная.
  Примеры: NaCl — хлорид натрия, CuSO₄ — сульфат меди(II), Na₃PO₄ — фосфат натрия.

Классификация солей:

1. Средние (нормальные) соли: Продукт полного замещения атомов водорода в кислоте на металл. Примеры: Na₂CO₃, KNO₃, CaCl₂.
2. Кислые соли: Продукт неполного замещения атомов водорода в многоосновной кислоте. Содержат атомы водорода. Примеры: NaHCO₃ (гидрокарбонат натрия), KHSO₄ (гидросульфат калия).
3. Основные соли: Продукт неполного замещения гидроксогрупп в основании на кислотный остаток. Содержат гидроксогруппы. Примеры: Cu₂(OH)₂CO₃ (гидроксокарбонат меди(II), малахит).
4. Двойные соли: Содержат два разных катиона. Пример: KAl(SO₄)₂ (алюмокалиевые квасцы).
5. Комплексные соли: Содержат сложный ион (комплекс). Пример: K₄[Fe(CN)₆] (гексацианоферрат(II) калия).

Заключение

Классификация неорганических веществ — это стройная система, позволяющая не только упорядочить огромное множество веществ, но и предсказывать их химические свойства. Взаимосвязь между классами проявляется в химических реакциях: основные оксиды соответствуют основаниям, кислотные оксиды — кислотам, а продуктом их взаимодействия являются соли. Таким образом, знание классификации открывает путь к пониманию основных закономерностей химических превращений.