2.3 Основания

Главным свойством оснований является их способность диссоциировать в водном растворе с отщеплением гидроксид-ионов и реагировать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей и воды. В реакциях с кислотами гидроксогруппы оснований замещаются на ионы кислотных остатков. Число гидроксогрупп в молекуле основания, способных заместиться на анионы кислотных остатков, называют кислотностью основания. Например, NaOH – однокислотное основание, Fe(OH)₃ – трёхкислотное.

По степени диссоциации в водных растворах различают сильные и слабые основания. Сильные основания (к ним относятся гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов) диссоциируют полностью и необратимо:

NaOH  Na⁺+ OH^– ; Ba(OH)₂  Ba²⁺ + 2 OH^– .

Слабые основания диссоциируют неполностью, процесс их диссоциации обратим, при этом многокислотные основания диссоциируют ступенчато:

Al(OH)₃ ⇆ Al(OH)₂⁺ + OH^–

Al(OH)₂⁺ ⇆ AlOH²⁺ + OH^–

AlOH²⁺ ⇆ Al³⁺ + OH^– .

Название оснований состоит из слова «гидроксид» и названия катиона в родительном падеже: NaOH – гидроксид натрия, Fe(OH)₃ – гидроксид железа (III).

Ниже показаны примеры графических формул оснований.

2.4 Кислоты

2.4.1 Классификация кислот

Кислоты можно классифицировать по различным признакам: составу, основности, силе. По составу все кислоты подразделяют на кислородсодержащие и бескислородные, по основности – на одноосновные и многоосновные. Основностью кислоты называется число атомов водорода в молекуле кислоты, способных заместиться на атомы металла.

В водном растворе кислоты диссоциируют на катионы водорода и анионы кислотного остатка, при этом диссоциация сильных кислот протекает полностью и необратимо. К сильным кислотам относятся: серная, соляная (хлороводородная), бромоводородная, йодоводородная, азотная, хлорная.

HCl  H⁺ + Cl^– H₂SO₄  2 H⁺ + SO₄^2–

Молекулы слабых кислот диссоциируют неполностью, и процесс их диссоциации обратим. Поэтому в растворах слабых кислот находятся в равновесии и непродиссоциировавшие молекулы, и ионы водорода, и ионы кислотного остатка.

Слабые многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

H₃PO₄ ⇆ H⁺ + H₂PO₄^–

H₂PO₄^– ⇆ H⁺ + HPO₄^2–

HPO₄^2– ⇆ H⁺ + PO₄^3– .

Примеры слабых кислот: плавиковая (фтороводородная), сероводородная, угольная, сернистая, фосфорная, синильная (цианистоводородная), муравьиная, уксусная и другие органические кислоты.

При составлении уравнений диссоциации следует учитывать, что отрицательный заряд на анионе кислотного остатка равен сумме отщепившихся от нейтральной молекулы ионов водорода.

2.4.2 Номенклатура кислот и их солей

Названия бескислородных кислот состоят из двух частей: сначала следует название элемента, образовавшего кислоту, а затем слово «водородная». Например, HF – фтороводородная, HCl – хлороводородная, HBr – бромоводородная, H₂S – сероводородная, H₂Se – селеноводородная, H₂Te – теллуроводородная.

Названия солей бескислородных кислот образуются от названия элемента и имеют окончание -ид. Например, любая соль хлороводородной кислоты HCl называется хлорид: NaCl – хлорид натрия, CuCl₂ – хлорид меди (II), AlCl₃ – хлорид алюминия. Примеры названий солей других бескислородных кислот: соли HF – фториды, соли HBr – бромиды, соли HI – иодиды, соли H₂S – сульфиды, соли H₂Se – селениды, соли H₂Te – теллуриды. Следует обратить внимание, что окончание -ид характерно для бинарных соединений.

При составлении названий кислородсодержащих кислот и их солей необходимо иметь в виду следующее. Если степень окисления элемента, образовавшего кислородсодержащую кислоту равна номеру группы (высшая степень окисления), то название этой кислоты производят от названия элемента с добавлением окончания -ная или -овая (-евая): HClO₄ – хлорная, H₂SO₄ – серная, H₂SeO₄ – селеновая, HNO₃ – азотная, H₂CO₃ – угольная, H₂SiO₃ – кремниевая. Если данный элемент может иметь ещё одну (более низкую) степень окисления, то в названии кислородсодержащей кислоты, образованной элементом в более низкой степени окисления появляется суффикс -истая:

H₂SO₄ – серная кислота (S⁺⁶), H₂SO₃ – сернистая кислота (S⁺⁴);

HNO₃ – азотная кислота (N⁺⁵), HNO₂ – азотистая кислота (N⁺³);

H₃AsO₄ – мышьяковая кислота (As⁺⁵), H₃AsO₃ – мышьяковистая кислота (As⁺³);

H₃PO₄ – фосфорная кислота (P⁺⁵), H₃PO₃ – фосфористая кислота (P⁺³).

Если элемент в кислородсодержащих кислотах может иметь более двух степеней окисления, то по мере понижения степени окисления суффиксы меняются в следующем порядке: -ная (-овая), -оватая, -истая, -оватистая.

+1

HClO₄ HClO₃ HClO₂ HClO

хлорная хлорноватая хлористая хлорноватистая

Названия солей кислородсодержащих кислот имеют суффикс -ат, если кислота образована элементом в высшей степени окисления; если данный элемент может иметь ещё одну (более низкую) степень окисления, то название соли в этом случае имеет суффикс -ит:

H₂SO₄ – сульфаты (S⁺⁶); H₂SO₃ – сульфиты (S⁺⁴);

HNO₃ – нитраты (N⁺⁵); HNO₂ – нитриты (N⁺³);

H₃AsO₄ – арсенаты (As⁺⁵); H₃AsO₃ – арсениты (As⁺³);

H₃PO₄ – фосфаты (P⁺⁵); H₃PO₃ – фосфиты (P⁺³).

П

+3

+5

+7

орядок построения названий солей кислородсодержащих кислот в том случае, если элемент может иметь более двух степеней окисления, показан на следующей схеме.

+1

+3

+5

+7

HСlO HClO₂ HClO₃ HClO₄

соли соли соли соли

г ипохлориты хлориты хлораты перхлораты

приставка гипо- суффикс -ит указывает приставка пер-

указывает на пониже- на более низкую степень указывает на

ние степени окисления окисления, суффикс -ат – повышение

на более высокую степени окисления

Если оксид элемента образует несколько кислородсодержащих кислот с разным содержанием молекул воды, то к названию кислоты с меньшим её содержанием добавляется приставка мета-, а при наибольшем её содержании – приставка орто- :

HBO₂ – метаборная кислота, H₃BO₃ – ортоборная кислота;

H₂SiO₃ – метакремниевая кислота, H₄SiO₄ – ортокремниевая кислота.

Следует иметь в виду, что в ряде случаев формулы орто- и мета- форм кислот можно составить следующим образом. Если гидроксид некоторого элемента, например Al(OH)₃, обладает амфотерными свойствами, то формулу этого гидроксида можно переписать в виде кислоты: H₃AlO₃; таким образом, получается формула орто-формы кислоты. Убрав мысленно из орто-формы молекулу воды, можно получить формулу мета-формы кислоты: HAlO₂. Таким образом можно вывести формулы орто- и метаформ кислот, которые образованы элементами в степени окисления +3 и +4 (борной, кремниевой, германиевой, оловянной, железистой, хромистой и других).

Для построения графических формул кислородсодержащих кислот рекомендуется соблюдать определённую последовательность действий. Ниже эта последовательность действий показана на примере построения графической формулы фосфорной кислоты (H₃PO₄).

1) Записать символ элемента, которым образована кислота: P .

2) Определить основность кислоты, т.е. число атомов водорода, способных заместиться на металл (3 атома H).

3) Каждый атом водорода, способный заместиться на металл, соединить химическими связями с атомом элемента через атом кислорода.

4) Соединить химическими связями оставшиеся атомы (кислорода и/или водорода) непосредственно с атомом элемента, образующим кислоту, учитывая, что водород одновалентен, а кислород двухвалентен.

С ледует иметь в виду, что существуют кислоты, например, фосфористая (H₃PO₃) и фосфорноватистая (H₃PO₂), в молекулах которых не все атомы водорода способны замещаться на металл. Так, фосфористая кислота двухосновна, а фосфорноватистая – одноосновна. Графические формулы этих кислот имеют следующий вид.

Для успешного усвоения курса неорганической химии необходимо запомнить формулы и названия кислородсодержащих кислот и их солей, приведённых в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Номенклатура кислот и их солей.

Номер группы	Элемент	Степень окисления элемента	Формула кислоты	Название кислоты	Название солей
II	Be	+2	H2BeO2	бериллиевая	бериллаты
	Zn	+2	H2ZnO2	цинковая	цинкаты
III	B	+3	H3BO3	(орто)борная	ортобораты – не получены
			HBO2	метаборная	метабораты
	Al	+3	H3AlO3	ортоалюминиевая	ортоалюминаты– не получены
			HAlO2	метаалюминиевая	метаалюминаты
IV	C	+4	H2CO3	угольная	карбонаты
	Si	+4	H4SiO4	ортокремниевая	ортосиликаты
			H2SiO3	(мета)кремниевая	(мета)силикаты
	Ge	+4	H4GeO4	ортогерманиевая	ортогерманаты
			H2GeO3	метагерманиевая	метагерманаты
	Sn	+4	H4SnO4	ортооловянная	ортостаннаты
			H2SnO3	метаоловянная	метастаннаты
		+2	H2SnO2	оловянистая	станниты
	Pb	+4	H4PbO4	ортосвинцовая	ортоплюмбаты
			H2PbO3	метасвинцовая	метаплюмбаты
		+2	H2PbO2	свинцовистая	плюмбиты

^Примечание – При нейтрализации ортоборной кислоты раствором щёлочи образуются тетрабораты – соли не выделенной в свободном состоянии тетраборной кислоты H₂B₄O₇. Например, 4 H₃BO₃ + 2 NaOH  Na₂B₄O₇ + 7 H₂O. При взаимодействии гидроксида алюминия (H₃AlO₃), как и гидроксидов других амфотерных металлов, с избытком раствора щёлочи образуются гидроксокомплексы, например, тетрагидроксоалюминат натрия Na[Al(OH)₄].