Transcript Amphoter-Popel+

ДЕЯКІ АСПЕКТИ ХІМІЇ
АМФОТЕРНИХ СПОЛУК
ПОПЕЛЬ П. П.
Київський національний університет
ім. Тараса Шевченка
[email protected]
1
Амфотерність
Амфотерність — здатність деяких сполук виявляти
як оснóвні, так і кислотні властивості. Ці сполуки
називають амфотерними.
Вираз “амфотерна основа” невдалий; правильний —
“амфотерний гідроксид”.
Термін “амфотерний” щодо металу є некоректним.
Цинк, алюміній, олово, свинець не поводяться в
хімічних реакціях як основи чи кислоти, а
виконують роль відновників.
2
Амфотерні сполуки
(традиційний перелік)
Оксиди
ZnO, PbO, SnO, BeO,
Al2O3, Cr2O3, Fe2O3*
Гідроксиди
Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2, Be(OH)2,
Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3**
*Оксиди М2О3 в кристалічному стані хімічно пасивні. Вони реагують із
кислими сульфатами (NaHSO4), лугами лише при сплавлянні (спіканні).
**Ферум(ІІІ) гідроксид взаємодіє з розчином лугу повільно й неповністю.
До переліку добавимо сполуки Купруму CuO і Cu(OH)2.
Експеримент засвідчує, що осад купрум(ІІ) гідроксиду
розчиняється в розчині лугу помірної концентрації з
утворенням гідроксокуприту:
Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2[Cu(OH)4].
3
Властивості амфотерних сполук
Оснóвні властивості загальновідомих амфотерних
сполук виражені більшою мірою, ніж кислотні.
Амфотерні гідроксиди, наприклад, взаємодіють зі
слабкою оцтовою кислотою, але не реагують зі
слабкою основою — водним розчином амоніаку*:
М(OH)2, М(ОН)3 + NH3 · H2O ≠
Лише Ga(OH)3 виявляє “ідеальну” амфотерність:
Ga(OH)3 + 3(NH3 · H2O) = (NH4)3[Ga(OH)6].
*Виняток — реакція Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2, що не пов’язана з
амфотерністю сполуки Цинку.
4
Розширення сфери амфотерних сполук (1)
1. До амфотерних сполук належать і такі, склад яких є
проміжним між амфотерними оксидами та гідроксидами:
AlO(OH), або HAlO2 (мінерали беміт, діаспор);
FeO(OH), або HFeO2 (гетит, лепідокрокіт);
CrO(OH), або HCrO2 (брейсвеліт, грімальдіїт);
TiO(OH)2, або H2TiO3 (так звана β-титанатна кислота).
2. Амфотерними є оксиди Ванадію(V) та Урану(VI). Це легко
довести, провівши відповідні експерименти:
V2O5 + 6NaOH (надлишок) = 2Na3VO4 + 3H2O;
UO3 + 2NaOH (надлишок) = Na2UO4 + H2O;
V2O5 + H2SO4 = (VO2)2SO4 + H2O;
UO3 + H2SO4 = UO2SO4 + H2O.
5
Закономірності зміни характеру оксидів і
гідроксидів елементів
1. Із підвищенням ступеня окиснення елемента оснóвні
властивості його сполук послаблюються, а кислотні —
посилюються:
CrO — оснóвний оксид, Cr2O3 — амфотерний оксид,
CrO3 — кислотний оксид.
2. Зі збільшенням радіусів атомів (катіонів) оснóвні
властивості сполук аналогічного складу посилюються, а
кислотні — послаблюються:
BeO — амфотерний оксид, MgO — оснóвний оксид;
H3AsO3 — слабка кислота, Sb(OH)3 — амфотерний
гідроксид, Bi(OH)3 — основа.
6
Амфотерні гідроксиди в реакціях із
розчинами лугів і кислот (1)
Амфотерність гідроксиду в шкільному курсі хімії пояснюють
тим, що ця сполука може дисоціювати в розчині з
утворенням як катіонів Н+, так і аніонів ОН-. Взаємодію
такого гідроксиду з кислотою або лугом розглядають як
реакцію нейтралізації.
Проте суть реакції гідратованого амфотерного гідроксиду з
розчином лугу полягає в тому, що молекули Н2O
витісняються з координаційної сфери йонами OH-,
наявними в розчині лугу:
[Zn(H2О)2(OH)2] + 2OH- = [Zn(OH)4]2- + 2Н2O.
7
Амфотерні гідроксиди в реакціях із
розчинами лугів і кислот (2)
Реакції амфотерних гідроксидів із розчинами кислот
відбуваються внаслідок сполучення гідроксидіонів із йонами Н+, які містяться в розчині
кислоти
[Zn(H2O)2(OH)2] + 2H+ = [Zn(H2O)4]2+.
Це — реакція нейтралізації, яка проходить у
координаційній сфері комплексу із
перетворенням твердої речовини на розчинну
сполуку.
8
Розширення сфери амфотерних сполук (2)
1. Гідроксиди Mg(OH)2 і Mn(OH)2 за 100 °С взаємодіють із
насиченим розчином натрій гідроксиду:
M(OH)2 + 2NaOH = Na2[M(OH)4].
Добуто також солі Na2[Fe(OH)4], Na2[Co(OH)4], Na2[Ni(OH)4].
2. Еквімолярна суміш NO і NO2 реагує з концентрованою
сульфатною кислотою:
NO + NO2 + 2H2SO4 = 2NOHSO4 + H2O.
Сполука NOHSO4 складається з йонів NO+ і HSO4-, тобто є
кислою сіллю нітритної кислоти HNO2 як основи NO(OH).
Відома аналогічна сіль NO+ClO4-, а також солі, утворені
нітратною кислотою HNO3 як основою NO2(OH), —
NO2+HSO4-, NO2+ClO4-.
9
Амінокислоти та ортофосфатна кислота
Амфотерність амінокислот пов’язують з їхньою
здатністю при взаємодії з лугами відщеплювати
катіони H+ (із карбоксильних груп), а в реакціях з
кислотами — приєднувати ці йони (до аміногруп):
NH2CH2COOH + NaOH → H2O + NH2CH2COO-Na+;
NH2CH2COOH + HCl → [NH3CH2COOН]+Cl-.
Цікаво, що аналогічно поводиться ортофосфатна
кислота:
H3PO4 + 3NaOH (надлишок) = 3H2O + Na3PO4;
H3PO4 (100 %-ва) + HClO4 (100 %-ва) = [P(OH)4]+ClO4-.
10
Висновок:
між основами, кислотами і відповідними оксидами
з одного боку та амфотерними сполуками з іншого
боку не існує чіткої границі.
Викладений матеріал може бути використаний у
загальних та спеціальних курсах із загальної та неорганічної
хімії для студентів хімічних факультетів університетів. Він
становить інтерес і для учнів, які готуються до хімічних
олімпіад, а також для вчителів, що працюють у класах з
поглибленим вивченням хімії.
11