Классификация неорганических веществ. Металлы. Неметаллы.

Неорганические вещества по составу делят на простые и сложные.

Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента и подразделяются на металлы, неметаллы, благородные газы. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, химически связанных друг с другом.

Сложные неорганические вещества по составу и свойствам распределяют по следующим важнейшим классам: оксиды, основания, кислоты, амфотерные гндроксиды, соли.

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых — кислород со степенью окисления (—2),
Общая формула оксидов: ЭmОn, где m — число атомов элемента Э, а n — число атомов кислорода. Оксиды, в свою очередь, классифицируют на солеобразующие и несолеобрадующие. Солеобразующие делятся на основные, амфотерные, кислотные, которым соответствуют основания, амфотерные гидроксиды, кислоты соответственно.

Основания— это сложные вещества, состоящие из атомов металла и одной или нескольких гидроксогрупп (-ОН).

Общая формула оснований: М(ОНу, где у — число гидроксогрупп, равное степени окислении металла М (как правило, +1 и +2).
Основания делятся на растворимые (щелочи) и нерастворимые (подробнее в § 21).

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотных остатков.
Общая формула кислот: НхАс, где Ас — кислотный остаток (от английского «acid» — кислота), х — число атомов водорода, равное заряду иона кислотного остатка (подробнее см. § 20).

Амфотерные гидроксиды— это сложные вещества, которые проявляют и свойства кислот, и свойства оснований. Поэтому формулы амфотерных гидроксидов можно записывать и в форме кислот, и в форме оснований (см. также § 22).

Соли — это сложные вещества, состоящие из катионов металла и анионов кислотных остатков.
Такое определение относится к средним солям.

Средние соли— это продукты полного замещения ато мое водорода в молекуле кислоты атомами металла или полного замещения гидроксогрупп в молекуле основания кислотными остатками.

Кислыесоли— это продукты неполного замещения атомов водорода в молекулах мноеоосновных кислот атомами металла.

Основные соли— это продукты неполно/о замещения гидрокеогрупп в многокислотных основаниях кислотны ми остатками.

Помимо средних, кислых, основных солей вы встречались с солями более сложного строения.

Металлы

В периодической системе элементы, которые в виде простых в-в проявляют св-ва металлов, находятся в I, II, III (кроме бора) группах, в побочных подгруппах всех групп. Металлы по численности превосходят неметаллы.

От периода к периоду число металлов, составляющих главные подгруппы, увеличивается. Это связано с тем, что от периода к периоду радиус атома , как правило, увеличивается, поэтому внешние электроны становятся более свободными. Это в значительной мере и определяет, будет элемент металлом или нет. Например, во втором периоде имеется только два металла – литий и бериллий; в состав третьего периода входит три металла – натрий, магний, алюминий. Эту закономерность среди элементов главных подгрупп можно продолжить.

Особенностью строения атомов металлов является небольшое число электронов во внешнем электронном слое, как правило, не превышающее трёх. Все элементы побочных подгрупп – металлы, они имеют на внешнем слое, как правило, 1-2 электрона, это во многом определяет их св-ва.

Атомы металлов, имеющие обычно большие радиусы и малое число электронов во внешнем электронном слое, находятся в главных подгруппах I и II групп. Они наиболее активны, т.е.их атомы легко отдают электроны и являются хорошими восстановителями. В качестве примера можно привести схему строения (электронные формулы) некоторых металлов.

₁₁Na 2, 8, 1; ₁₉K 2, 8, 8, 1; ₂₀Ca 2, 8, 8, 2

1s²2s²2p⁶3s¹ 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3s¹ 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3s²

Итак, строение атомов металлов определяет их св-ва как восстановителей. (Восстановители – это элементы, повышающие его степень окисления в процессе р-ции. Это происходит вследствие отдачи электронов окислителями.)

Восстановительные св-ва металлов проявляются в р-циях: а) с неметаллами; б) с кислотами; в) с водой; г) с солями.

а) Многие металлы реагируют с галогенами, кислородом, серой и другими простыми веществами-неметаллами.

2Ca + O₂ = 2CaO

Cu + Cl₂=CuCl₂

Fe + S = FeS

б) Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, реагируют с растворами соляной и серной кислот с выделением водорода. В этих р-циях металлы выступают как восстановители, а ион водорода как окислитель:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Mg + H₂SO_4(p-p) = MgSO₄ + H₂

в) Реакция с водой, приводящая к образованию щелочи, характерна для щелочных металлов, кальция, бария и других металлов, основания которых растворимы в воде:

2Na +2H₂O =2NaOH + H₂

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

г) В р-цию замещения с солями металлы вступают в соответствии с рядом напряжений.

Fe + CuCl₂ =Cu + FeCl₂

В этих р-циях восстановителем является вступающий в реакцию, а окислителем – катион, который входит в состав соли.

Реакции металлов как с простыми, так и со сложными в-вами относятся к о.-в. р-циям. Их сущность можно выразить в общем виде:

Ме –n^.е = Ме ⁿ⁺

В таблице ПС хим элементов неметаллы находятся в главных подгруппах VI, V, IV групп, бор принадлежит III группе.

К неметаллам также относят и особое семейство инертных элементов VIII группы. В виде простых в-в они называются газами, состоят из одиночных атомов, находятся в воздухе.

В соответствии с периодическим законом в периоде от элемент к элементу неметаллические св-ва усиливаются; в группе же по мере увеличения порядкового номера атомов наблюдается ослабление неметаллических св-в элементов. В связи с этим от периода к периоду число неметаллов сокращается. Эта закономерность объясняется тем, что радиус атома увеличивается, внешние электроны становятся более свободными, что в значительной мере и определяет, будет элемент металлом или нет.

На внешнем электронном слое у неметаллов находиться от 3-х до 8-ми электронов. Например, у бора на внешнем электронном слое находится три электрона:

у углерода – четыре:

И так от группы к группе число внешних электронов увеличивается вплоть до 8-ми у неона:

Т.о., номер группы равен числу электронов, находящихся на внешнем электронном слое. Это определяет и значение высшей степени окисления элементов. Так у бора она равна+3, у углерода - +4 и т.д. В одном и том же периоде по мере увеличения порядковых (атомных) номеров увеличиваются заряды атомных ядер, число электронов на внешнем слое. Число электронных слоёв в атомах остаётся постоянным, а радиус атома уменьшается за счёт притяжения электронов к ядрам, заряд которых возрастает.

Сравним строение атомов подгруппы кислорода: ₈О 2,6(1s²2s²2p⁴);

₁₆S 2,8,6,(1s²2s²2p⁶3s²3p⁴).

Вывод: у металлов одной и той же подгруппы по мере увеличения порядковых номеров увеличиваются заряды атомных ядер, число электронных слоёв в атомах, радиус атома за счёт увеличения электронных слоёв: остаётся постоянным число электронов на внешнем слое атомов.

Усиление неметаллических св-в у элементов происходит закономерно в зависимости от способности атомов принимать электроны от других атомов. Таких возможностей больше у тех элементов, у которых больше заряд атомного ядра, больше электронов во внешнем слое и меньше радиус атома.

Это подтверждает изменение о.-в. св-в простых в-в, образованных химическими элементами подгруппы кислорода.

В подгруппе по мере увеличения атомного номера происходит уменьшение электроотрицательности элементов.

Атомы кислорода и серы, как простых веществ-окислителей могут принимать два электрона от других атомов, при этом их внешний электронный слой будет завершенным, таким же, как у инертного газа неона.

Нет (кроме F фтора) более сильного окислителя, чем кислород. В качестве окислителя он выступает в реакциях с металлами, неметаллами и сложными в-вами.

Степень окисления кислорода уменьшается от 0 до -2.

Сера тоже окислитель, но менее сильный, чем кислород. У неё электроотрицательность атомов существенно меньше, чем у кислорода, поэтому для этого элемента характерен больший разброс значений степеней окисления (-2, 0, +4, +6).