Конспект урока: Классификация химических соединений

Нас окружает огромное количество различных веществ. Например, в самой обширной базе данных по химическим веществам содержатся сведения о 125 миллионах веществ. Чтобы ориентироваться в таком разнообразии веществ, необходимо их классифицировать.

Все вещества можно разделить на две большие группы.

Простые вещества — вещества, состоящие из атомов одного химического элемента (азот ${\mathrm{N}}_2$, кислород ${\mathrm{O}}_2$, озон ${\mathrm{O}}_3$, белый фосфор ${\mathrm{P}}_4$).

Сложные вещества — вещества, состоящие из атомов различных химических элементов (вода ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, углекислый газ ${\mathrm{CO}}_2$, поваренная соль $\mathrm{NaCl}$).

Конечно, мир сложных веществ намного более разнообразен, в связи с этим возникла необходимость классификации таких соединений. Для этого используют различные критерии. Мы рассмотрим три из них: элементный состав веществ, агрегатное состояние и растворимость в воде.

Классификация химических соединений по элементному составу

• Бинарные соединения

Бинарные соединения могут состоять из атомов-металла и атомов-неметалла. Например, $\mathrm{KH}$ — гидрид калия, ${\mathrm{CaH}}_2$ — гидрид кальция. Металлы в таких соединениях менее электроотрицательны и поэтому будут проявлять положительную степень окисления, а неметаллы — отрицательную.

Названия этих веществ будут состоять из двух слов. Первое слово — основа русского или латинского названия неметалла с окончанием –ид. Второе слово — название металла. Например, $\mathrm{NaCl}$ — хлорид натрия, ${\mathrm{Li}}_3\mathrm{N}$ — нитрид лития, 

${\mathrm{CaC}}_2$ — карбид кальция.

В состав бинарного соединения также могут входить два разных неметалла. Например, ${\mathrm{PCl}}_3$ — хлорид фосфора (III), ${\mathrm{OF}}_2$ — фторид кислорода. В формуле, как правило, на первое место нужно поставить неметалл, у которого электроотрицательность меньше: он будет приобретать положительную степень окисления, а второй неметалл — отрицательную.

Название строится уже по знакомому нам принципу. Первое слово — основа русского или латинского названия неметалла, который стоит в формуле на втором месте, а второе слово — название неметалла, который стоит на первом месте. Например, ${\mathrm{SCl}}_2$ — хлорид серы (II), ${\mathrm{CS}}_2$ — сульфид углерода (IV).

Летучие водородные соединения — особая группа бинарных соединений, состоящих из атомов водорода и другого неметалла, например, $\mathrm{HCl}$ — хлороводород, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ — сероводород.

Самой известной группой бинарных соединений являются оксиды.

Оксиды можно разделить на две группы.

Несолеобразующие оксиды — оксиды, которые не взаимодействуют с кислотами и щелочами и не образуют солей. Несолеобразующих оксидов немного, например, $\mathrm{CO}$, $\mathrm{NO}$, ${\mathrm{N}}_2\mathrm{O}$, $\mathrm{SiO}$.

Солеобразующие оксиды — оксиды, которые взаимодействуют с кислотами и щелочами с образованием соли и воды. Солеобразующие оксиды подразделяются на три группы в зависимости от характера (кислотные, основные, амфотерные).

• Многоэлементные соединения

Рассмотрим две группы соединений — гидроксиды и соли. Начнём с гидроксидов.

Вся группа гидроксидов представлена тремя большими классами — это основания, амфотерные гидроксиды и кислоты.

Основания — гидроксиды металлов IA группы (щелочные металлы) и IIA группы (кроме бериллия, он амфотерный). Например, $\mathrm{KOH}$ — гидроксид калия, 

$\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ — гидроксид бария. Также гидроксиды некоторых металлов в низших степенях окисления имеют основный характер: $\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ — гидроксид железа (II), $\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ — гидроксид меди (II).

Амфотерные гидроксиды, как правило, образуются металлами в степенях окисления +3, +4. Например, $\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3$ — гидроксид алюминия, $\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3$ — гидроксид железа (III).

Кислородсодержащие кислоты также являются гидроксидами. Такие гидроксиды образуются неметаллами и металлами с высокими степенями окисления (+5, +6, +7). Гидроксильная группа в химических формулах кислот скрыта, например, ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SiO}}_4$ — серная кислота, ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7$ — дихромовая кислота. Но если посмотреть на структурные формулы этих кислот, то можно увидеть наличие в них гидроксильных групп –$\mathrm{OH}$, как во всех гидроксидах.

Теперь рассмотрим самый большой класс неорганических соединений — соли.

Соли можно разделить на четыре группы:

• средние соли — соли, в которых замещены все атомы водорода. Например, ${\mathrm{K}}_2{\mathrm{CO}}_3$ — карбонат калия, $\mathrm{FeS}$ — сульфид железа (II);

• кислые соли — соли, в которых атомами металла замещены не все атомы водорода. Например, $\mathrm{NaHS}$ — гидросульфид натрия, ${\mathrm{KHSO}}_3$ — гидросульфит калия, $\mathrm{Ba}{\left({\mathrm{H}}_2{\mathrm{PO}}_3\right)}_2$ — дигидрофосфат бария;

• основные соли — соли, в которых кислотными остатками замещены не все гидроксильные группы у основания или амфотерного гидроксида. Например, $\mathrm{CaOHCl}$ — гидроксохлорид калия;

• комплексные соли — соли, в состав которых входят комплексные частицы. Например, $\mathrm{Na}\left[\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_4\right]$, ${\mathrm{K}}_3\left[\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{CN}\right)}_6\right]$.

Классификация химических соединений по агрегатному состоянию

Рис. 1. Кристаллическая решётка хлорида натрия

Мы знаем, что вещества могут находиться в трёх агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твёрдом. Большинство твёрдых веществ — кристаллические. Их структура представлена кристаллической решёткой: в ней все частицы расположены очень упорядоченно и находятся строго на своих местах. На рисунке представлена кристаллическая решётка хлорида натрия.

 

Существуют вещества, которые имеют очень вязкую структуру, и их можно считать твёрдыми. Но частицы в них расположены неупорядоченно. Такие твёрдые вещества называют аморфными. Например, стекло, смола, жевательная резинка, пластилин, большинство пластмасс. 

Различие кристаллических и аморфных веществ состоит в отношении к нагреванию. Если нагревать аморфное вещество, оно будет становиться более текучим и затем постепенно перейдёт в жидкое состояние. Кристаллические вещества имеют строго фиксированное значение температуры плавления. Поэтому, достигнув этого значения, твёрдое вещество перейдёт в жидкое агрегатное состояние.

Классификация химических соединений по растворимости

 По отношению к воде химические соединения подразделяются на растворимые, малорастворимые и нерастворимые.

В таблице растворимости есть вещества, на месте которых стоит прочерк. Это значит, что вещество не просто не растворяется в воде, а оно тут же ею полностью разлагается.

Мы рассмотрели несколько критериев, по которым можно классифицировать химические вещества: элементный состав, агрегатное состояние и растворимость в воде. Классификация позволяет создать упорядоченную структуру и систему, которые позволяют чётко характеризовать вещества и легко ориентироваться в огромном количестве химических соединений.