Wykład 4 - Klasyfikacja związków chemicznych - związki nieorganiczne

Klasyfikacja związków chemicznych

związek chemiczny – jednorodne połączenie co najmniej dwóch

różnych pierwiastków chemicznych za pomocą dowolnego wiązania

 związki organicznesą to połączenia węgla, wodoru i innych pierwiastków, pozakwasem węglowym i jego pochodnymi

 wszystkie pozostałe związki przyjęło się nazywaćzwiązkami nieorganicznymi  związki metaloorganiczne oraz związki kompleksowe, zawierające ligandy organiczne

• tlenki

• kwasy

• wodorotlenki

• sole (wodorosole, hydroksosole)

• wodorki

• związki kompleksowe

• inne

stopień utlenienia tlenu w tlenkach wynosi -II stopień utlenienia tlenu w nadtlenkach wynosi -I

m

n

O

E

wszystkie pierwiastki tworzą tlenki

(metale, metaloidy i niemetale)

Tlenki

tlenki

tlenki metali

tlenki kwasowe

CO

, N

O

, CrO

, Mn

O

tlenki niemetali

tlenki amfoteryczne

ZnO, MnO

, GeO

,

tlenki obojętne

CO, NO, SiO,

tlenki zasadowe

tlenek sodu

nazewnictwo

tlenków: tlenek + nazwa

pierwiastka

i

jego

wartościowość w

nawiasie

(jeśli więcej niż jedna możliwa)

Tlenki

-II

I

2

O

Na



-II

2

IV

O

C



CaO– tlenek wapnia

Al2O3– tlenek glinu N2O – tlenek azotu(I) NO – tlenek azotu(II) N2O3– tlenek azotu(III) NO2– tlenek azotu(IV) N2O5– tlenek azotu(V) Cl2O7– tlenek chloru(VII)

występowanie: SiO2, H2O, Al2O3, FeO (czarny wustyt)

tlenkowe rudy żelaza:

czerwony hematyt(Fe2O3)

czarny magnetyt (Fe3O4)

żółto-brązowy limonit (Fe2O3n H2O)

brunatny getyt (FeO(OH))

właściwości fizyczne:

tlenki metali: ciała stałe, w stanie ciekłym przewodzą prąd elektryczny; tlenki litowców i berylowców reagują z wodą

tlenki niemetali: gazy CO ( ), ciecze H₂O ( ), ciała stałe SiO2, P4O10 ( ), P₂O₅( );

Otrzymywanie tlenków

2Mg + O2= 2MgO

S + O2= SO2

2. utlenianie niższego tlenku danego pierwiastka do tlenku zawierającego ten sam pierwiastek ale na wyższym stopniu utlenienia

2CO + O2= 2CO2

4NO + O2= 2N2O3

3. redukcja wyższego tlenku do tlenku na niższym stopniu utlenienia

CO2+ C = 2CO

CO2+ Mg = MgO + CO

MnO2+ H2= MnO + H2O

4. spalanie związków organicznych C₂H₅OH + O₂= 2CO₂+ 3H₂O CH₄+ 2O₂= CO₂+ 2H₂O

5. rozkład termiczny soli, wodorotlenków i tlenków MgCO₃= MgO + CO₂ Cu(OH)₂= CuO + H₂O 4MnO₂= 2Mn₂O₃+ O₂ (NH₄)₂Cr₂O₇= Cr₂O₃+ N₂+ 4H₂O

Otrzymywanie tlenków

Reaktywność tlenków

metali głównie litowców i berylowców 1. tlenki zasadowe reagują z wodą tworząc wodorotlenki

MgO + H2O = Mg(OH)2

K2O + H2O = 2KOH

2. tlenki zasadowe reagują z kwasami i tlenkami kwasowymi

Na2O + 2HCl = 2NaCl + H2O

MgO + CO2= MgCO3

tlenki kwasowe (bezwodniki kwasowe)

CO2+ H2O = H2CO3

CrO3+ H2O = H2CrO4

P2O5+ H2O = 2HPO3 kw. meta fosforowy(V)

P2O5+ 2H2O = H4P2O7 kw. pirofosforowy (V)

P2O5+ 3H2O = 2H3PO4 kw. ortofosforowy (V)

1. tlenki kwasowe reagują z wodorotlenkami dając sól i wodę

SO3+ Mg(OH)2= MgSO4+ H2O

2. tlenki kwasowe reagują z tlenkami zasadowymi dając sól

CaO + CO2= CaCO3

Tlenki amfoteryczne

tlenki amfoteryczne -reagują zarówno z zasadami jaki i kwasami

ZnO + H2SO4= ZnSO4+ H2O

ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2+ H2O

BeO, Al2O3, Ga2O3, In2O3, SnO, SnO2, PbO2, PbO, Sb2O5, Sb2O3, TeO2,

As2O3, ZnO, MnO2, Cr2O3

nadtelenki i ponadtlenki

nadtlenki zawierają grupę -O-O-; anion nadtlenkowy [-O-O-]2-_{; np. H} 2O2,

BaO2

anion ponadtlenkowy O21-np. KO2

n – wartościowość reszty kwasowej stopień utlenienia: +I

stopień utlenienia -I w wodorkach metali

n

n

R

H

niemetale tworzą kwasy

beztlenowe i tlenowe

wzór nazwa tradycyjna

reszta

kwasowa nazwa soli

HF kwas fluorowodorowy F– fluorek

HCl kwas solny Cl– chlorek

HBr kwas bromowodorowy Br– bromek

HI kwas jodowodorowy I– jodek

HCN kwas cyjanowodorowy CN– cyjanek

H2S kwas siarkowodorowy S2– HS– siarczek wodorsiarczek

Kwasy beztlenowe

wzór nazwa jon nazwa soli

H2CO3 węglowy

CO32–

HCO3–

węglan wodorowęglan HNO2 azotowy(III) NO2– azotan(III)

HNO3 azotowy(V) NO3– azotan(V)

H3PO3 fosforowy(III) PO33– HPO32– H2PO3– fosforan(III) wodorofosforan(III) dwuwodorofosforan(III) H3PO4 fosforowy(V) PO43– HPO42– H2PO4– fosforan(V) wodorofosforan(V) dwuwodorofosforan(V) H2SO3 siarkowy(IV) SO32– HSO3– siarczan(IV) wodorosiarczan(IV) H2SO4 siarkowy(VI) SO42– HSO4– siarczan(VI) wodorosiarczan(VI)

Kwasy tlenowe

wzór nazwa jon nazwa soli

HClO kwas chlorowy(I) ClO– _chloran(I)

HClO2 kwas chlorowy(III) ClO2– chloran(III)

HClO3 kwas chlorowy(V) ClO3– chloran(V)

HClO4

kwas chlorowy(VII)

ClO4– chloran(VII)

HBrO3 kwas bromowy(V) BrO3– bromian(V)

HJO4 kwas jodowy(VII) IO4– jodan(VII)

HPO3 kwas metafosforowy(V) PO3- metafosforan(V)

H4P2O7 _{kwas pirofosforowy(V) P}

2O74- pirofosforan(V)

H₃PO₄

kwas ortofosforowy(V) PO43- _{ortofosforan(V)}

Kwasy tlenowe

Kwasy H

R, otrzymywanie

1. tlenek kwasowy + woda = kwas

CO2+ H2O = H2CO3

N2O3+ H2O = 2HNO2

N2O5+ H2O = 2HNO3

P4O10+ 6H2O = 4H3PO4

2. reakcja jonowa strącania osadu (pod warunkiem, że kwas jest słabo rozpuszczalny)

Na2SiO3+ H2SO4= H2SiO3+ Na2SO4

3. słaby kwas tlenowy można otrzymać działając na jego sól kwasem mocnym

Reaktywność kwasów

HCl + NaOH = NaCl + H2O

2H3PO4+ 3Mg(OH)2= Mg3(PO4)2+ 6H2O 2. większość kwasów reaguje z metalami

nieszlachetnymi wypierając z nich wodór

6HCl +2Al = 2AlCl3+3H2

Mg + H2SO4= MgSO4+ H2

3. metale szlachetne i półszlachetne reagują z kwasami utleniającymi tj. stężonym H2SO4i

HNO₃, ale nie wypierają wodoru z tych kwasów

3Cu + 2HNO₃= 3CuO + 2NO + H₂O

Cu + 2H₂SO₄= CuSO₄+ SO₂+ 2H₂O

4. kwasy reagują z tlenkami metali

FeO + H2SO4= FeSO4+ H2O

MgO + 2HCl = MgCl2+ H2O

n – wartościowość metalu

n

M(OH)

metale i metaloidy

tworzą wodorotlenki

Wodorotlenki

LiOH– wodorotlenek litu Ca(OH)2– wodorotlenek wapnia

Al(OH)3– wodorotlenek glinu

Fe(OH)2– wodorotlenek żelaza(II)

Fe(OH)3-wodorotlenek żelaza(III)

Sn(OH)2- wodorotlenek cyny(II)

Wodorotlenki M(OH)

, otrzymywanie

w większości są ciałami stałymi

wodorotlenki litowców rozpuszczają się dobrze w wodzie (KOH i NaOH ługi żrące)

1. tlenek zasadowy + woda = wodorotlenek CaO + H₂O = Ca(OH)₂

2. lekkie metale w reakcji z wodą dają wodorotlenek i H2

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

3. wodorotlenki trudno rozpuszczalne w H2O w reakcji strącania osadu

FeCl3+ 3NaOH = Fe(OH)3+ 3NaCl

wodorotlenki zasadowe - wodorotlenki litowców i berylowców (z

wyjątkiem Be(OH)2)

1. wodorotlenki zasadowe reagują z kwasami dając sól i wodę (reakcja zobojętniania)

Mg(OH)2+ H2CO3= MgCO3+ 2H2O

Fe(OH)3+ 3HNO3= Fe(NO3)3+ 3H2O

2. wodorotlenki amfoteryczne

A(OH)m= HmAOm

Sn(OH)4 = H4SnO4= 4H++ SnO4

4-Sn(OH)4+ HCl = SnCl4+ H2O

Sole

n – wartościowość metalu m – wartościowość reszty kwasowej

WODOROSOLE

HYDROKSYSOLE

NaCl– chlorek sodu (sól kuchenna) Ca(HCO3)2– wodorowęglan wapnia

Mg3(PO3)2– otofosforan(V) magnezu

Fe2S3– siarczek żelaza(III)

KNO3– azotan (V) potasu (saletra potasowa)

(NH4)(H2PO4) – dwuwodorofosforan(V) amonu

Al(OH)2Cl – dwuhydroksochlorek glinu

Sole

wodorosole (sole kwaśne): Ca(HCO3)2, KH2PO4, (NH4)2HPO4 hydroksosole (sole zasadowe): Mg(OH)Cl, Bi(OH)2NO3

Otrzymywanie soli

1. reakcja zobojętniania

2NH4OH + H2S = (NH4)2S + 2H2O 2. kwasu + metal = sól + H2

Fe + 2HCl = FeCl2+ H2

3. tlenek zasadowy + kwas = sól + woda Na2O + H2CO3= Na2CO3+ H2O

4. wodorotlenek + tlenek kwasowy = sól + woda

2KOH + SO2= K2SO3+ H2O

5. tlenek kwasowy + tlenek zasadowy = sól

MgO + CO₂= MgCO₃ 6. metal + niemetal = sól Zn + S = ZnS Ca + Br2= CaBr2

n

(n)

_H

E

n – wartościowość pierwiastka (grupy od 1 do 15)

)

n

(

n

E

H

n – wartościowość pierwiastka (grupy 16 i17)

Wodorki

LiH– wodorek litu BH₃– wodorek boru

CH₄- metan PH₃– wodorek fosforu SiH₄– wodorek krzemu

H₂S – siarkowodór H₂Se – selenowodór

HF – fluorowodór HCl– chlorowodór

Wodorki H

E, otrzymywanie

wodorki metali -najczęściej wiązanie jonowe, ciała stałe (białe) wodorki niemetali – najczęściej wiązanie kowalencyjne, gazy

H2O, H2S i CH4najważniejsze wodorki

1. synteza pierwiastka z wodorem H2+ F2= 2HF

H2+ Cl2= 2HCl światło

H2S i NH3katalizator

1. reagują z wodą dając wodorotlenki i wodór

NaH + H2O = NaOH + H2

CaH2+ 2H2O = Ca(OH)2+ 2H2

2. wodorki niemetali takich jak fluorowce i siarkowce reagują z wodą tworząc kwasy beztlenowe

amoniak z wodą tworzy wodorotlenek amonowy NH3+ H2O = NH4OH

3. pozostałe wodorki niemetali nie reagują z wodą

niektóre pierwiastki tworzą tlenki i wodorotlenki amfoteryczne, czyli takiektóre reagują zarówno z kwasami jak i zasadami

 pierwiastkitworzące tlenki i wodorotlenki amfoteryczne: Zn, Pb, Sn, Al, Be, As, Sb, Cr, czy Mn

w kwasach: ZnO + 2HCl ZnCl2+ H2O

w zasadach: ZnO + 2NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4]

w kwasach: Al(OH)3+ 3HCl AlCl3+ 3H2O

w zasadach: Al(OH)3+ NaOHNa[Al(OH)4]

Związki amfoteryczne

dla związków amfoterycznych istnieje równowaga pomiędzy formą

zasadową i kwasową

A(OH)



H

AO

A – pierwiastek tworzący związek amfoteryczny

Sn(OH)



H

SnO



4H

+ SnO

4-Al(OH)



H

AlO



3H

_{+ AlO}

3-Związki kompleksowe

wolnymi orbitalami d, zdolnymi do przyjęcia pary elektronów, otoczony

ligandami– jonami lub cząsteczkami z wolną parą elektronów

Pt[Cl2(NH3)2] hem b VO[C5H7O2]2 Cu[(NH3)4(H2O)2] Wzór Nazwa NH3 amina H2O akwa CO karbonyl NO nitrozyl SO42- siarczano CN- _cyjano OH- _hydroxo F- _fluoro Cl- _chloro Br- _bromo

Nazewnictwo ligandów

sześciocyjanożelazian(II) potasu K₃[Fe(CN)₆]

sześciocyjanożelazian(III) potasu Fe(CO)5

pięciokarbonylżelaza(0) [Cr(NH3)3(H2O)3]Cl3

chlorektrójaminatrójakwachromu(III) [NiCl4]

2-jon czterochloroniklanowy(II) [Co(SO4)(NH3)5]+

jon pięcioaminasiarczanokobaltu(III) [Fe(OH)(H2O)5]2+

Fe2+ _Fe3+ _Co2+ _Cu2+ _Al3+ _Cr3+ ligandy H2O [Fe(H2O)6]2+ roztwór [Fe(H2O)6]3+ roztwór (żół.-br.) [Co(H2O)6]2+ roztwór [Cu(H2O)6]2+ roztwór [Al(H2O)6]3+ roztwór bezbarwny [Cr(H2O)6]3+ roztwór OH−_, rozcieńczony [Fe(H2O)4(OH)2] osad [Fe(H2O)3(OH)3] osad [Co(H2O)4(OH)2] osad [Cu(H2O)4(OH)2] osad [Al(H2O)3(OH)3] osad [Cr(H2O)3(OH)3] osad OH−_{, stężony} [Fe(H2O)4(OH)2] osad [Fe(H2O)3(OH)3] osad [Co(H2O)4(OH)2] osad [Cu(H2O)4(OH)2] osad [Al(OH)4]− roztwór bezbarwny [Cr(OH)6]3− roztwór NH3, rozcieńczony [Fe(H2O)4(OH)2] osad [Fe(H2O)3(OH)3] osad [Co(H2O)4(OH)2] osad [Cu(H2O)4(OH)2] osad [Al(H2O)3(OH)3] osad [Cr(H2O)3(OH)3] osad NH3, stężony [Fe(H2O)4(OH)2] osad [Fe(H2O)3(OH)3] osad [Co(NH3)6]2+ roztwór [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ roztwór [Al(H2O)3(OH)3] osad [Cr(NH3)6]3+ roztwór CO32− FeCO3

osad [Fe(H2O)3(OH)3]

osad + gaz CoCO3 osad CuCO3 osad

Związki kompleksowe

Związki kompleksowe