Что значит амфотерные основания

Что значит амфотерные основания

** §8.6 Амфотерные основания.

Гидроксид цинка Zn(OH) 2 является малорастворимым основанием. Его можно получить, действуя щелочью на какую-нибудь растворимую соль цинка – при этом Zn(OH) 2 выпадает в осадок:

ZnCl 2 + 2 NaOH = Zn(OH) 2 ↓ + 2 NaCl

Подобно всем другим основаниям, осадок гидроксида цинка легко растворяется при добавлении какой-нибудь кислоты:

Zn(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2 H 2 O

Если же вместо кислоты к осадку гидроксида цинка добавить избыток щелочи, то он также растворяется , чего не происходит с другими гидроксидами. Почему Zn(OH) 2 растворяется в щелочи?

Это явление объясняется тем, что в присутствии избытка сильного основания гидроксид цинка способен отдавать атомы водорода, подобно кислоте:

Zn(OH) 2 или H 2 ZnO 2

Na 2 ZnO 2

гидроксид цинка

Происходит реакция нейтрализации наподобие той, которая могла бы произойти между NaOH и кислотой. Эта кислота (цинковая кислота H 2 ZnO 2 ) и гидроксид цинка Zn(OH) 2 являются одним и тем же соединением! Сокращенная (но не структурная) формула этого соединения может быть записана двумя способами:

Zn(OH) 2 или H 2 ZnO 2 — это две сокращенные формулы;

H–O–Zn–O–H единственная структурная формула.

Поскольку прочность связей Н–О и O–Zn сравнимы между собой, гидроксид цинка способен быть как основанием в присутствии кислоты, так и кислотой – в присутствии основания:

H 2 SO 4

2H 2 O + ZnSO 4

Zn(OH) 2 = H 2 ZnO 2

Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O

реагирует как основание

реагирует как кислота

Данное свойство гидроксидов называется амфотерностью .

Амфотерными называются такие гидроксиды, которые способны отдавать в реакциях с другими соединениями как атомы (ионы) водорода, так и гидрокси-группы (анионы гидроксила).

Помимо гидроксида цинка, амфотерными свойствами обладают гидроксиды некоторых других металлов: Al(OH) 3 , Cr(OH) 3 , Be(OH) 2 , Sn(OH) 4 , Pb(OH) 2 .

Объяснение проявления амфотерности у одних металлов и отсутствие ее у других следует искать в теории химической связи.

Можно заметить, что амфотерные свойства проявляют те металлы, которые в Периодической таблице находятся наиболее близко к неметаллам. Как известно, неметаллы обладают большей электроотрицательностью (по сравнению с металлами), поэтому их связь с кислородом носит ковалентный характер и отличается значительной прочностью.

Связи между металлами и кислородом, как правило, ионные (из-за низкой электроотрицательности металлов). Такие связи часто менее прочны, чем ковалентные (вспомните атомные кристаллы).

Рассмотрим структурные формулы трех разных соединений: гидроксида бора B(OH) 3 , гидроксида алюминия Al(OH) 3 и гидроксида кальция Ca(OH) 2 .

Соединение B(OH) 3 имеет внутри молекулы наиболее «ковалентную» связь бора с кислородом, поскольку бор ближе по электроотрицательности к кислороду, чем Al и Сa. Из-за высокой электроотрицательности бору энергетически выгоднее входить в состав отрицательно заряженной частицы – то есть кислотного остатка. Поэтому формулу B(OH) 3 чаще записывают как H 3 BO 3 :

H 3 BO 3 = 3H + + BO 3 3- (в растворе)

Кальций – наименее электроотрицательный из этих элементов, поэтому в его молекуле связь Са–О носит ионный характер. Из-за низкой электроотрицательности для кальция выгодно существование в виде катиона Ca 2+ :

Ca(OH) 2 = Ca 2+ + 2OH — (в растворе)

В связи с этим в структурных формулах пунктирными линиями отмечены связи, разрыв которых энергетически более выгоден.

Структурные формулы показывают, что соединение B(OH) 3 будет легче отдавать ионы водорода, чем ионы гидроксида, т.е. является кислотой (и по традиции должно быть записано сокращенной формулой H 3 BO 3 ). Напротив, Ca(OH) 2 – типичное основание. Гидроксид алюминия, в котором центральный атом имеет промежуточную электроотрицательность, может проявлять как свойства кислоты, так и основания – в зависимости от партнера по реакции нейтрализации. Это наблюдается в действительности. В первой из приведенных ниже реакций Al(OH) 3 реагирует как обычное основание, а в следующих – как кислота:

2 Al(OH) 3 + 3 H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 6 H 2 O.

Al(OH) 3 º H 3 AlO 3 + NaOH = NaH 2 AlO 3 + H 2 O , причем если реакцию проводить при нагревании, то соль NaH 2 AlO 3 теряет одну молекулу воды и образуется алюминат натрия NaAlO 2 . В растворе алюминат натрия, наоборот, легко присоединяет воду и существует в виде соли Na[Al(OH) 4 ] . Итак:

Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2 H 2 O ( при сплавлении);

Al(OH) 3 + NaOH = Na[Al(OH) 4 ] (при добавлении раствора NaOH без нагревания).

У цинка электроотрицательность практически такая же, как у алюминия (1,65), поэтому гидроксид цинка Zn(OH) 2 проявляет похожие свойства. Таким образом, амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей.

8.18. Закончите уравнения реакций:

8.19 (ФМШ). Напишите уравнения реакций, описывающие следующие химические превращения:

а) ZnCl 2 + KOH (избыток) → осадок → растворение осадка;

б) Cr(NO 3 ) 2 + NaOH (избыток) → осадок → растворение осадка;

в) Be(NO 3 ) 2 + LiOH (избыток) → осадок → растворение осадка;

г) Al 2 (SO 4 ) 3 + KOH (избыток) → осадок → растворение осадка;

8.20 (НГУ). Осуществите следующие превращения:

Al 2 O 3 → Al → Al 2 O 3 → NaAlO 2 → AlCl 3

8.21 (НГУ). Из порошкообразной смеси, содержащей Na 2 CO 3 , Fe, Al и BaSO 4 , выделите химическим путем все соединения в чистом виде. Напишите уравнения реакций и последовательность их проведения (опишите технологию всей работы).

8.22 (НГУ). В трех разных пробирках без этикеток находятся растворы NH 4 Cl, ZnCl 2 , MgCl 2 . С помощью только одного химического реагента установите, какое соединение находится в каждой пробирке.

Источник

2.5. Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов.

Прежде чем рассуждать о химических свойствах оснований и амфотерных гидроксидов, давайте четко определим, что же это такое?

1) К основаниями или основным гидроксидам относят гидроксиды металлов в степени окисления +1 либо +2, т.е. формулы которых записываются либо как MeOH , либо как Me(OH)₂. Однако существуют исключения. Так, гидроксиды Zn(OH)₂, Be(OH)₂, Pb(OH)₂, Sn(OH)₂ к основаниям не относятся.

2) К амфотерным гидроксидам относят гидроксиды металлов в степени окисления +3,+4, а также в качестве исключений гидроксиды Zn(OH)₂, Be(OH)₂, Pb(OH)₂, Sn(OH)₂. Гидроксиды металлов в степени окисления +4, в заданиях ЕГЭ не встречаются, поэтому рассмотрены не будут.

Химические свойства оснований

Все основания подразделяют на:

Напомним, что бериллий и магний к щелочноземельным металлам не относятся.

Помимо того, что щелочи растворимы в воде, они также очень хорошо диссоциируют в водных растворах, в то время как нерастворимые основания имеют низкую степень диссоциации.

Такое отличие в растворимости и способности к диссоциации у щелочей и нерастворимых гидроксидов приводит, в свою очередь, к заметным отличиям в их химических свойствах. Так, в частности, щелочи являются более химически активными соединениями и нередко способны вступать в те реакции, в которые не вступают нерастворимые основания.

Взаимодействие оснований с кислотами

Щелочи реагируют абсолютно со всеми кислотами, даже очень слабыми и нерастворимыми. Например:

Нерастворимые основания реагируют практически со всеми растворимыми кислотами, не реагируют с нерастворимой кремниевой кислотой:

Следует отметить, что как сильные, так и слабые основания с общей формулой вида Me(OH)₂ могут образовывать основные соли при недостатке кислоты, например:

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щелочи реагируют со всеми кислотными оксидами, при этом образуются соли и часто вода:

Нерастворимые основания способны реагировать со всеми высшими кислотными оксидами, соответствующими устойчивым кислотам, например, P₂O₅, SO₃, N₂O₅, с образованием средних солей:

Нерастворимые основания вида Me(OH)₂ реагируют в присутствии воды с углекислым газом исключительно с образованием основных солей. Например:

С диоксидом кремния, ввиду его исключительной инертности, реагируют только самые сильные основания — щелочи. При этом образуются нормальные соли. С нерастворимыми основаниями реакция не идет. Например:

Взаимодействие оснований с амфотерными оксидами и гидроксидами

Все щелочи реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. Если реакцию проводят, сплавляя амфотерный оксид либо гидроксид с твердой щелочью, такая реакция приводит к образованию безводородных солей:

Если же используют водные растворы щелочей, то образуются гидроксокомплексные соли:

В случае алюминия при действии избытка концентрированной щелочи вместо соли Na[Al(OH)₄] образуется соль Na₃[Al(OH)₆]:

Взаимодействие оснований с солями

Какое-либо основание реагирует с какой-либо солью только при соблюдении одновременно двух условий:

1) растворимость исходных соединений;

2) наличие осадка или газа среди продуктов реакции

Термическая устойчивость оснований

Все щелочи, кроме Ca(OH)₂, устойчивы к нагреванию и плавятся без разложения.

Все нерастворимые основания, а также малорастворимый Ca(OH)₂ при нагревании разлагаются. Наиболее высокая температура разложения у гидроксида кальция – около 1000 o C:

Нерастворимые гидроксиды имеют намного более низкие температуры разложения. Так, например, гидроксид меди (II) разлагается уже при температуре выше 70 o C:

Химические свойства амфотерных гидроксидов

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотами

Амфотерные гидроксиды реагируют с кислотами:

Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3, т.е. вида Me(OH)_3, не реагируют с такими кислотами, как H₂S, H₂SO₃ и H₂СO₃ ввиду того, что соли, которые могли бы образоваться в результате таких реакций, подвержены необратимому гидролизу до исходного амфотерного гидроксида и соответствующей кислоты:

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с кислотными оксидами

Амфотерные гидроксиды реагируют с высшими оксидами, которым соответствуют устойчивые кислоты (SO₃, P₂O₅, N₂O₅):

Амфотерные гидроксиды металлов в степени окисления +3, т.е. вида Me(OH)₃, не реагируют с кислотными оксидами SO₂ и СO₂.

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с основаниями

Из оснований амфотерные гидроксиды реагируют только с щелочами. При этом, если используется водный раствор щелочи, то образуются гидроксокомплексные соли:

А при сплавлении амфотерных гидроксидов с твердыми щелочами получаются их безводные аналоги:

Взаимодействие амфотерных гидроксидов с основными оксидами

Амфотерные гидроксиды реагируют при сплавлении с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов:

Термическое разложение амфотерных гидроксидов

Все амфотерные гидроксиды не растворимы в воде и, как любые нерастворимые гидроксиды, разлагаются при нагревании на соответствующий оксид и воду:

Источник

Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов

Содержание:

Первое знакомство с основаниями состоялось при изучении взаимодействия воды с активными металлами и с оксидами активных металлов. В состав оснований входит одновалентная группа атомов OH (гидроксогруппа). Следовательно, основаниям можно дать следующее определение:

Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или нескольким группами атомов OH.

Общая формула оснований выглядит следующим образом: Ме (ОН)_x, где Ме – металл; x – индекс.

Номенклатура оснований

Название оснований включает в себя слово «гидроксид», названия металла и его валентности. Более того, для элементов с постоянной валентностью она не указывается.

Название основания = «Гидрооксид» + название Me + валентность (в скобках)

Классификация оснований

Все основания можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим это в нижеприведенной таблице.

Из таблицы мы видим, что наблюдается большое различие по некоторым признакам. В зависимости от этого, различные группы оснований, обладают не схожими химическими свойствами.

Химические свойства щелочей (Щ)

1. Водные растворы Щ изменяют окраску индикаторов, тем самым можно определить реакцию среды.

Реакция нейтрализации заключается во взаимодействии основания и кислоты, ход которой можно проследить по изменению окраски индикаторов. Данная реакция характерна и для щелочей, и для нерастворимых оснований.

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Для Щ характерны реакции с солями, в результате образуется другая соль и основание.

Могут вступать в реакции с кислотными оксидами, при этом образуется нерастворимая соль и вода.

В отличии от нерастворимых оснований, не разлагаются при нагревании.

Химические свойства нерастворимых оснований

1. Так же как и щелочи, могут изменять окраску индикаторов.
2. Характерна реакция нейтрализации.

При нагревании разлагаются с образованием основного оксида и воды.

Химические свойства амфотерных гидроксидов

К амфотерным гидроксидам относятся сложные вещества, способные проявлять свойства кислот либо оснований при определенных условиях.

Формулы данных соединений можно представить в виде оснований и в виде кислот.

• ZnO — Zn(OH)₂ ↔ H₂ZnO₂
• Al₂O₃ — Al(OH)₂ ↔ H₃AlO₃
• GeO₂ — Ge(OH)₄ ↔ H₄GeO₄

1. В нейтральной среде не растворяются и не диссоциируют на ионы. Способны разлагаться в кислотах и щелочах.
2. При взаимодействии с кислотами образуется соль и вода.

   В результате реакции со щелочами образуются те же соединения, что и в предыдущей реакции.

   Способны взаимодействовать с основными оксидами

   Так же как и щелочи взаимодействуют с солями.

   Источник

   Читайте также:  Алт 140 что это значит