Ми вже знаємо, що амфотерні оксиди реагують, як з кислотами, так із лугами. До них належать, наприклад, цинк оксид ZnO та алюміній оксид Al₂O₃. Розберемо, що відбувається, коли ми додаємо до них кислоту?
1. Чому ZnO реагує з кислотою?
Візьмемо цинк оксид ZnO. Це біла тверда речовина з кристалічною структурою. У спрощеній йонній моделі її можна розглядати як сполуку йонів Zn²⁺ та оксигену O²⁻. Додамо до ZnO хлоридну кислоту HCl.
У водному розчині хлоридна кислота дисоціює з утворенням йонів Гідрогену H⁺ та хлорид-іонів Cl⁻:
HCl → H⁺ + Cl⁻
Йони H⁺ взаємодіють з Оксигеном оксиду з утворенням води, а йони Zn²⁺ переходять у розчин. Суть цього процесу показує скорочене йонне рівняння:
ZnO + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂O
Це рівняння показує частинки, які безпосередньо беруть участь у хімічному перетворенні. Йони H⁺ взаємодіють з Оксигеном ZnO, а Цинк переходить у розчин у вигляді Zn²⁺. Хлорид-іони безпосередньої участі в цьому перетворенні не беруть.
2. Звідки береться сіль?
Після взаємодії ZnO з кислотою в розчині з’являються йони Zn²⁺, а хлорид-іони Cl⁻ уже містяться в ньому внаслідок дисоціації HCl. Йон Zn²⁺ має заряд +2, а Cl⁻ — заряд −1. Тому в солі на один йон Zn²⁺ припадають два хлорид-іони. Звідси формула цинк хлориду — ZnCl₂.
Повне рівняння реакції має вигляд:
ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O
Отже, під час реакції амфотерного цинк оксиду з кислотою утворюються сіль і вода. За типом продуктів ця реакція дуже схожа на взаємодію основного оксиду з кислотою.
3. Чому амфотерний оксид поводиться як основний?
Порівняймо дві реакції:
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O
У першому випадку реагує основний оксид CuO, а в другому — амфотерний ZnO. Проте результат однаковий за типом: утворюються сіль і вода. Отже, у реакції з кислотою амфотерний ZnO проявляє основні властивості.
Але амфотерність не означає, що речовина одночасно проявляє і основні, і кислотні властивості. Її поведінка залежить від того, з якою речовиною вона взаємодіє. У реакції з кислотою амфотерний оксид проявляє основні властивості, а в реакції з лугом може проявляти кислотні. Саме ця здатність реагувати і з кислотами, і з лугами є проявом амфотерності.
4. Як Al₂O₃ реагує з кислотою?
Розглянемо ще один амфотерний оксид — алюміній оксид Al₂O₃. Додамо до нього хлоридну кислоту HCl. Йони H⁺ взаємодіють з Оксигеном оксиду з утворенням води, а Алюміній переходить у розчин у вигляді йонів Al³⁺. Скорочене йонне рівняння має вигляд:
Al₂O₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂O
Чому потрібно саме шість йонів H⁺? У Al₂O₃ є три атоми Оксигену. Для утворення трьох молекул H₂O потрібно шість атомів Гідрогену, тобто шість H⁺. Одночасно два атоми Алюмінію переходять у розчин у вигляді двох йонів Al³⁺.
Тепер визначимо формулу солі. Йон Al³⁺ має заряд +3, а хлорид-іон Cl⁻ — заряд −1. Тому в алюміній хлориді на один йон Al³⁺ припадають три хлорид-іони, звідси формула AlCl₃. Повне рівняння реакції:
Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O
Отже, алюміній оксид, як і цинк оксид, у реакції з кислотою проявляє основні властивості. Утворюються відповідна сіль і вода.
5. Чи завжди Al₂O₃ швидко реагує з кислотою?
Те, що хімічна реакція можлива, ще не означає, що вона завжди відбувається швидко. Швидкість взаємодії Al₂O₃ з кислотою залежить від структури оксиду, стану його поверхні, температури та інших умов. Особливо стійкими є щільні добре закристалізовані форми алюміній оксиду. Тому різні зразки Al₂O₃ можуть реагувати з кислотою з різною швидкістю.
Це важливе загальне правило хімії. Хімічне рівняння показує, які речовини можуть перетворитися на які продукти, але саме по собі не говорить, наскільки швидко відбудеться реакція. На швидкість процесу можуть впливати будова речовини, площа її поверхні, температура, концентрація реагентів та інші чинники.
6. Як передбачити продукти реакції?
Для типових реакцій амфотерних оксидів із кислотами використовуємо ту саму загальну схему, що й для основних оксидів:
Амфотерний оксид + кислота → сіль + вода
Щоб скласти рівняння, спочатку визначаємо, який метал міститься в оксиді та який кислотний залишок містить кислота. За їхніми зарядами складаємо формулу солі. Потім записуємо воду та розставляємо коефіцієнти.
Наприклад, під час взаємодії ZnO із сульфатною кислотою H₂SO₄ утворюється цинк сульфат ZnSO₄:
ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂O
А під час взаємодії Al₂O₃ з нітратною кислотою HNO₃ утворюється алюміній нітрат Al(NO₃)₃:
Al₂O₃ + 6HNO₃ → 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O
Отже, конкретна сіль залежить від металу, який входить до складу оксиду, та кислотного залишку кислоти. Але загальний принцип залишається тим самим: у реакції амфотерного оксиду з кислотою утворюються сіль і вода.
Головне, що потрібно запам’ятати
У реакціях із кислотами амфотерні оксиди проявляють основні властивості. Йони H⁺ взаємодіють з Оксигеном оксиду з утворенням води, а метал переходить у розчин і входить до складу солі. Тому за типом продуктів такі реакції подібні до реакцій основних оксидів із кислотами.
Амфотерний оксид + кислота → сіль + вода
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Шкільна хімія“.