Презентація на тему:
ДЕЯКІ АСПЕКТИ СУЧАСНОЇ ХІМІЇ АМФОТЕРНИХ СПОЛУК

ДЕЯКІ АСПЕКТИ ХІМІЇ АМФОТЕРНИХ СПОЛУК ПОПЕЛЬ П. П. Київський національний університет ім. Тараса Шевченка ppopel@ukr.net *

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. *

Амфотерні сполуки (традиційний перелік) Оксиди Гідроксиди ZnO, PbO, SnO, BeO, Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2, Be(OH)2, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3* 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]. *

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. *

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. *

Закономірності зміни характеру оксидів і гідроксидів елементів 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. *

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. *

Амфотерні гідроксиди в реакціях із розчинами лугів і кислот (2) Реакції амфотерних гідроксидів із розчинами кислот відбуваються внаслідок сполучення гідроксид-іонів 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. *

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-. *

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-. *

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. *