§ 39. Амфотерні оксиди й гідроксиди

Пригадайте хімічні елементи, що утворюють амфотерні речовини (за § 28); як відносяться амфотерні оксиди та гідроксиди до води та кислот (за § ЗО та 35).

Поняття про амфотерність

Ви вже вивчили сполуки, що виявляють кислотні або основні властивості. Деякі сполуки можуть виявляти і кислотні, і основні властивості. Кислотні властивості виявляють переважно сполуки неметалічних елементів, а основні — металічних елементів. Якщо елемент перебуває на межі між металічними та неметалічними елементами, то цілком очікувано, що його сполуки мають виявляти властивості, характерні як для кислотних, так і для основних речовин. Такі сполуки називають амфотерними.

Речовини, що можуть виявляти кислотні й основні властивості залежно від сполуки, з якою вони взаємодіють, називають амфотерними.

Амфотерні властивості можуть виявляти оксиди й гідроксиди деяких хімічних елементів у ступенях окиснення +2, +3 та +4. Серед них Верилій(+2), Цинк(+2), Станум(+2), Плюмбум(+2), Алюмі-ній(+3), Ферум(+3), Хром(+3), Титан(+4).

Амфотерні гідроксиди

При взаємодії з кислотами амфотерні гідроксиди поводяться як звичайні нерозчинні основи. Тобто продуктами реакції амфотерного гідроксиду з кислотою є сіль і вода;

При взаємодії з іншими основами амфотерні гідроксиди виявляють кислотні властивості. Тобто з основами амфотерні гідроксиди реагують, як кислоти: вступають у реакцію з утворенням солі. Але склад солі залежить від умов, за яких відбувається взаємодія: у розчині чи при сплавлянні.

• У розчинах амфотерні гідроксиди взаємодіють тільки з лугами з утворенням складних (комплексних) солей.

Наприклад, цинк гідроксид з натрій гідроксидом реагує за рівнянням:

Як для звичайних солей, назва комплексної солі складається з двох слів. Але слід указати число груп OH у складі солі: префікс тетра означає, що гідроксильних груп чотири, а префіксом гекси позначається шість груп ОН, наприклад:

Подібно до цинк гідроксиду реагує з лугами й алюміній гідроксид. Але залежно від концентрації лугу з алюміній гідроксиду може утворитися тетрагідроксоалюмінат (з розбавленим розчином лугу) або гексагідроксоалюмінат (з концентрованим розчином):

• При сплавлянні амфотерні гідроксиди можуть взаємодіяти не тільки з лугами, а й з нерозчинними гідроксидами. При цьому утворюються також солі, але із більш звичним складом:

Як і в розчинах, з алюміній гідроксиду може утворитися дві різні солі залежно від кількості доданого лугу:

При сплавлянні амфотерні гідроксиди можуть взаємодіяти також і з основними оксидами:

Для того щоб правильно записати рівняння реакції за участю амфотерних гідроксидів при сплавлянні, амфотерні гідроксиди необхідно розглядати як кислоти. Так, формулу цинк гідроксиду Zn(OH)₂ можна записати як формулу кислоти H₂ZnO,. Ця кислота буде мати назву цинкатна, вона має кислотний залишок ZnO₂ із зарядом -2, її солі — цинкати. Так само формулу алюміній гідроксиду можна записати H₃AIO₃: кислотний залишок AIO_j із зарядом -З, солі — ортоалюмінати. Якщо з алюміній гідроксиду прибрати одну молекулу води, то формула кислоти буде HAIO₂: кислотний залишок AIO₂ із зарядом -1, а солі — метаалюмінати.

Амфотерні ОКСИДИ

З кислотами амфотерні оксиди взаємодіють, як звичайні основні оксиди: між ними відбуваються реакції обміну, у яких утворюються сіль та вода:

При взаємодії з основними речовинами вони вступають у реакції, як кислотні оксиди. Тобто взаємодіють з основними оксидами й основами з утворенням солей. Але амфотерні оксиди взаємодіють з основами й основними оксидами тільки при сплавлянні (без участі води) і утворюють такі самі солі, як і амфотерні гідроксиди.

При сплавлянні цинк оксиду з натрій гідроксидом або натрій оксидом утворюється натрій цинкат, тільки в першому' випадку утворюється ще й вода:

і і і

Амфотерні оксиди та їхні сполуки досить поширені в природі. Алюмінати є складовими частинами багатьох ґруштів та глини.

Деякі хімічні елементи виявляють змінну валентність, причому властивості сполук з різними валентностями можуть істотно відрізнятися. Так, ферум(ІІ) оксид FeO — це основний оксид, а ферум(ІІІ) оксид Fe₂O₃ — амфотерний. Отже вони можуть взаємодіяти один з одним при сплавлянні, причому утворений продукт також складається з атомів Феруму й Оксигену — ^^ejO₄- U^to сполуку називають змішаним оксидом (або залізною окалиною), хоча вона є сіллю, що складається з металічного елемента Феруму(ІІ) та кислотного залишку фератної кислоти Fe(FeO₂)₂.

Висновки

1. Амфотерність — здатність хімічних сполук виявляти як кислотні, так і основні властивості залежно від природи доданого реагенту. До амфотерних належать оксиди й гідроксиди деяких елементів: Бе-рилію(+2), Цинку(+2), Стануму(+2), Плюмбуму(+2), Алюмінію(+3), Феру-му(+3), Хрому(+3), Титану(+4).

2. Амфотерні гідроксиди в розчинах взаємодіють тільки з лугами з утворенням солей, що містять гідроксильні групи. При сплавлянні вони можуть також взаємодіяти з основними оксидами та гідроксидами. Амфотерні оксиди взаємодіють з основними речовинами тільки при сплавлянні.

Контрольні запитання

1. Що означає вираз: «сполука виявляє амфотерні властивості»?

2. Які сполуки є амфотерними? Наведіть приклади.

3. Які хімічні елементи та в яких валентностях утворюють амфотерні речовини?

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Складіть рівняння реакції взаємодії цинк гідроксиду з калій гідроксидом у розчині та при сплавлянні. Назвіть продукти реакції.

2. Складіть рівняння реакції взаємодії алюміній гідроксиду:

а) з хлоридною кислотою;

б) барій гідроксидом при сплавлянні;

в) барій оксидом.

3. Складіть рівняння реакцій утворення калій алюмінату K_jAIO_j взаємодією:

а) амфотерного гідроксиду з лугом;

б) амфотерного оксиду з лугом;

в) амфотерного гідроксиду з основним оксидом;

г) двох оксидів.

4. Кальцій оксид і алюміній оксид за зовнішнім виглядом майже однакові. Як їх можна розрізнити, використовуючи хімічні реакції?

5. Які з наведених речовин: КОН, FeCI_j, H_jSO₄ можуть взаємодіяти: а) з натрій гідроксидом; 6) купрум(ІІ) гідроксидом; в) цинк гідроксидом? Складіть відповідні рівняння реакцій.

6. З якими з наведених речовин взаємодіє натрій гідроксид: K_jO, MgCO_j, H₃PO₄, H_jS, FeCI_j, Fe(OH)_jf AICI_j, Zn(OH)_jf КСІ, SO_j? Складіть рівняння реакцій та назвіть продукти реакцій.

7. Складіть рівняння реакцій, що відповідають таким перетворенням:

а) Al -» AI_jO_j -» AICI_j -> AI(OH)_j -» Na_jAIO_j;

б) ZnSO₄ -» Zn(OH)_j -» ZnO -» K_jZnO_j -> ZnCI_j -» Zn(OH)_j -> K_jZn(OH)₄.

8. Обчисліть масу барій гідроксиду, що необхідний для добування барій цинкату масою 11,7 г із цинк оксиду.

9. До розчину цинк сульфату масою 483 г із масовою часткою солі 5 % додали розчин натрій гідроксиду до повного розчинення осаду. Обчисліть масу сполуки Цинку.

10*. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про використання сполук Алюмінію для очищення води. На яких властивостях цих сполук ґрунтується цей спосіб?