Амфотерные оксиды и гидроксиды
Прежде чем приступить к освоению нового материала, необходимо вспомнить информацию, полученную ранее, так как без неё будет сложно понять то, о чём пойдёт речь далее. Для этого можно почитать о классификации неорганических соединений в предыдущей главе.
Следует ответить на вопросы:
- Что такое оксиды?
- Что такое гидроксиды?
- Какова классификация оксидов и гидроксидов?
Для эффективного повторения предлагается сделать небольшое задание.
Распределить предложенные соединения по группам.
Если на вопросы ответы были даны без особых затруднений, то при выполнении задания возможны ошибки в силу отсутствия соответствующих знаний об амфотерных соединениях. Чтобы выяснить, почему некоторые вещества относят к амфотерным, приступим к рассмотрению нашей темы.
1. Понятие «амфотерность»
Амфотерность – способность некоторых химических веществ и соединений проявлять как кислотные, так и основные свойства.
Амфотерные соединения – вещества, которые в зависимости от условий реагируют и с кислотами, и со щелочами.
2. Определение
Для того чтобы определить, является ли данный оксид или гидроксид амфотерным, можно воспользоваться следующим правилом:
Амфотерные оксиды и гидроксиды образуют металлы в степени окисления +3, +4.
Примерами могут являться: Cr2O3, Fe2O3, SnO2, MnO2, As2O3, Al2O3, Cr(OH)3, Fe(OH)3, Al(OH)3.
Следует обратить внимание на то, что есть исключения. Металлы Be, Zn, Ge, Sn, Pb образуют соединения, в которых проявляют степень окисления +2. Однако эти оксиды и гидроксиды демонстрируют амфотерные свойства.
Примеры: BeO, SnO, PbO, Be(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2.
То есть, амфотерный характер носят оксиды и гидроксиды большинства переходных элементов и многих элементов побочных подгрупп.
3. Физические свойства
Среди амфотерных оксидов при обычных условиях нет ни газов, ни жидкостей — все они являются твёрдыми веществами. Они нерастворимы или малорастворимы в воде, и некоторые обладают характерной окраской (SnO — тёмно-синий, GeO — коричнево-чёрный, PbO — красный, жёлтый или оранжевый).
Большинство оксидов устойчивы к нагреванию вследствие высокой термической устойчивости, обусловленной их строением. Например, в α-Al2O3 (корунд) атомы кислорода образуют плотную упаковку, а атомы алюминия — располагаются в пустотах. Cr2O3 имеет аналогичную ромбоэдрическую структуру. Это объясняет их высокую прочность и термостойкость.
Амфотерные гидроксиды — твёрдые кристаллические вещества, плохо растворимые в воде. Как правило, они белые, за исключением Cr(OH)3 — серо-зелёного цвета.
4. Химические свойства
Оксиды:
- Не взаимодействуют с водой;
- Взаимодействуют с кислотами;
- Взаимодействуют с кислотными оксидами;
- Взаимодействуют с основными оксидами (только щелочных и щелочноземельных металлов);
- Взаимодействуют с щелочами;
- Взаимодействуют с солями.
Гидроксиды:
- Реагируют с кислотами;
- Реагируют с кислотными оксидами;
- Реагируют с щелочами;
- Реагируют с основными оксидами;
- Реагируют с солями;
- Разлагаются при нагревании.
5. Правила по написанию химических реакций
Амфотерный оксид (гидроксид) + кислота = соль + вода
Амфотерные соединения проявляют основные свойства в реакциях с кислотами.
Как правило, амфотерные оксиды взаимодействуют с сильными и средними по силе кислотами.
Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3 не реагируют с H2S, H2SO3, H2CO3, так как образующиеся соли подвергаются необратимому гидролизу.
Амфотерный оксид (гидроксид) + кислотный оксид → соль (+ вода)
Реакция идёт при нагревании. Не идёт с CO2 и SO2, но идёт с высшими оксидами: SO3, P2O5, N2O5.
CO2 реагирует с нерастворимыми амфотерными гидроксидами (в ст. ок. +2) и Cu(OH)2 в виде суспензий с образованием основных солей:
Амфотерный оксид (гидроксид) + основный оксид = соль
Реакция возможна в растворе (образуется комплексная соль) или при сплавлении (средняя соль).
| В растворе | При сплавлении |
| Cr2O3 + 3BaO + 6H2O → Ba3[Cr(OH)6]2 | Fe2O3 + Cs2O → 2CsFeO2 |
| 3BaO + 2Cr(OH)3 + 3H2O → Ba3[Cr(OH)6]2 | BaO + 2Cr(OH)3 → Ba(CrO2)2 + 3H2O |
Амфотерные гидроксиды при сплавлении реагируют только с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов.
Амфотерный оксид (гидроксид) + щёлочь = соль
Реакция протекает в растворе (комплексная соль) или при сплавлении (средняя соль).
| В растворе | При сплавлении |
| ZnO + Ca(OH)2 + H2O → Ca[Zn(OH)4] | PbO + 2LiOH → Li2PbO2 + H2O |
| Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] | ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O |
| Be(OH)2 + Ba(OH)2 → Ba[Be(OH)4] | Zn(OH)2 + 2LiOH → Li2ZnO2 |
| Cr(OH)3 + 3NaOH → Na3[Cr(OH)6] |
Только Fe(OH)3 и Cr(OH)3 растворяются в концентрированных щелочах.
Амфотерный оксид + соль (карбонат/сульфит) = летучий оксид + соль
Амфотерные гидроксиды взаимодействуют с солями, гидролизующимися с образованием щелочной среды (например, Na2S, Na2SO3).
Разложение амфотерных гидроксидов при нагревании
6. Получение
Получение амфотерных оксидов
При окислении железа образуется Fe3O4, а не FeO.
Получение амфотерных гидроксидов
Оксиды малорастворимы, поэтому гидроксиды получают другими способами.
Используют разбавленные щёлочи без избытка, иначе образуются комплексные соли.
Памятку по химическим свойствам оксидов и гидроксидов можно скачать по ссылке.