Оксиди, кислоти, основи та солі — не чотири ізольовані групи речовин. Між ними існують «дороги» — хімічні реакції, які дозволяють одним класам речовин перетворюватися на інші. 🔄🧪На конкретних рівняннях розберемо реакцію нейтралізації та з’ясуємо, як знання класу речовини допомагає передбачати можливі хімічні реакції.
Раніше ми познайомилися з чотирма великими класами неорганічних сполук: оксидами, кислотами, основами та солями. Але просто розкласти речовини по чотирьох групах недостатньо. CaO може перетворитися на Ca(OH)₂, HCl і NaOH можуть утворити NaCl, а з CaO та CO₂ можна отримати CaCO₃. Отже, між класами існують «дороги» — хімічні реакції, і сьогодні ми нанесемо їх на нашу карту.
Від оксиду до основи
Почнемо з кальцій оксиду CaO. Це основний оксид, який реагує з водою: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. У результаті утворюється кальцій гідроксид — основа. Отже, маємо перший маршрут: основний оксид + вода → основа.
Але так поводяться не всі основні оксиди. Наприклад, CuO є основним оксидом, проте за звичайних умов із водою практично не реагує. Тому точніше говорити: деякі основні оксиди + вода → основа. Це важливий принцип усієї нашої карти: схеми показують характерні можливості, а конкретна реакція залежить від речовин та умов.
Від кислотного оксиду до кислоти
Тепер візьмемо карбон(IV) оксид CO₂. Частина розчиненого у воді CO₂ взаємодіє з нею з утворенням карбонатної кислоти: CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃. Оборотна стрілка показує, що в розчині встановлюється рівновага. Маємо другий маршрут: кислотний оксид + вода → кислота.
І тут є винятки. Наприклад, кислотний оксид SiO₂ за звичайних умов із водою не реагує. Тому правильніше записати: деякі кислотні оксиди + вода → кислота. Належність оксиду до певного типу визначають за сукупністю його характерних хімічних властивостей, а не лише за реакцією з водою.
Кислота зустрічається з основою
Візьмемо хлоридну кислоту HCl і натрій гідроксид NaOH: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Кислота й основа утворили сіль і воду. Такі реакції називають реакціями нейтралізації. У водному розчині ключову взаємодію можна показати рівнянням: H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O.
Отже, одна з найважливіших доріг має наступний вигляд: кислота + основа → сіль + вода. Вона дозволяє передбачити продукти багатьох типових реакцій нейтралізації. Але й тут конкретний перебіг залежить від природи речовин та умов. Тому важливо розуміти не лише схему, а й те, що відбувається між частинками.
Основний оксид + кислота
Щоб отримати сіль, не обов’язково починати з готової основи. Купрум(II) оксид CuO з водою практично не реагує, зате взаємодіє з кислотами: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. Утворюються купрум(II) хлорид і вода. Отже: основний оксид + кислота → сіль + вода.
Саме в таких реакціях CuO проявляє основні властивості. Те, що він не утворює основу під час взаємодії з водою, не заважає йому залишатися основним оксидом. Це ще раз показує, чому не можна класифікувати оксиди лише за одним типом реакції. Потрібно враховувати сукупність їхніх властивостей.
Кислотний оксид + основа
Тепер зробимо дзеркальний крок. CO₂ як кислотний оксид може реагувати з NaOH: CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O. Утворюються натрій карбонат і вода. Отже: кислотний оксид + основа → сіль + вода.
Але умови й співвідношення реагентів мають значення. За іншого співвідношення CO₂ і NaOH може утворитися NaHCO₃ — натрій гідрогенкарбонат. Тому рівняння описує конкретну реакцію за конкретних умов. Загальна схема допомагає прогнозувати можливий напрямок перетворення, але не замінює аналіз самої реакції.
А чи можуть реагувати два оксиди?
Деякі основні та кислотні оксиди можуть реагувати безпосередньо між собою. Наприклад: CaO + CO₂ → CaCO₃. Основний оксид і кислотний оксид утворюють сіль — кальцій карбонат. Отже, ще один маршрут: основний оксид + кислотний оксид → сіль.
Ця реакція показує, що кислотно-основна взаємодія не обов’язково потребує готової кислоти та основи. Відповідні властивості можуть проявляти самі оксиди. Водночас це не означає, що будь-які основний і кислотний оксиди обов’язково прореагують між собою. Знову мають значення конкретні речовини й умови.
Зберемо нашу карту
Тепер перед нами вже не чотири окремі групи, а система переходів між ними. Для типових представників основні маршрути можна записати наступним чином (увага на екран):
Деякі основні оксиди + вода → основа
Деякі кислотні оксиди + вода → кислота
Кислота + основа → сіль + вода
Основний оксид + кислота → сіль + вода
Кислотний оксид + основа → сіль + вода
Основний оксид + кислотний оксид → сіль
Тепер стає зрозуміло, навіщо класифікувати речовини. Знаючи, що перед нами основний оксид, ми можемо припустити його взаємодію з кислотою, а для кислотного оксиду — з основою. Клас речовини дає можливість робити перші прогнози щодо її хімічної поведінки. Замість сотень ізольованих рівнянь ми починаємо бачити спільні закономірності.
Але слід розуміти, що наведена нами схема дещо спрощена. Реальна карта неорганічної хімії значно складніша. Між тим, початківцю важливо спочатку побачити саме головні закономірності, а вже потім додавати складніші випадки. Так ми отримуємо систему, а не хаотичний список реакцій. І залишається ще одна важлива частина цієї карти — самі солі.
А що можуть робити солі?
Солі можуть реагувати з кислотами, основами, іншими солями, а за певних умов — і з металами. Наприклад: AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃. Утворюється білий осад аргентум хлориду AgCl. Інший приклад: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄, де утворюється блакитний осад купрум(II) гідроксиду.
В обох випадках виникає малорозчинна речовина, яка випадає в осад. Саме її утворення допомагає зрозуміти, чому реакція справді відбувається, а не залишається просто перестановкою частин формул. Але осад — не єдина можлива причина перебігу реакцій у розчинах. І це приводить нас до наступного важливого питання.
Класифікація дає нам не готову відповідь, а можливість зробити прогноз. Ми визначаємо клас речовини й можемо припустити, з чим вона реагуватиме та які продукти можуть утворитися. Але правильно записати можливі продукти ще не означає, що реакція справді відбудеться. Для хімічного перетворення має існувати відповідна причина й умови.
Тому наступний крок — навчитися не просто переставляти частини формул, а відповідати на головне запитання: чи відбудеться ця реакція взагалі? В подальшому ми з’ясуємо, чому одні реакції в розчинах справді йдуть, а інші, хоча їх начебто можна правильно записати на папері, — ні.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Шкільна хімія“.