Бейорганикалық қосылыстардың негізгі кластары

Бейорганикалық қосылыстар

Барлық заттар жай және күрделі болып бөлінеді. Жай заттар бір ғана элементтерден тұрады, ал күрделі заттардың құрамына екі немесе одан да көп элементтер кіреді. Жай заттар екі түрлі: металдар және бейметалдар. Металдарда ерекше өздеріне тән «металдық» жылтыры болады, тапталғыш, иілімді, жылу мен электрөткізгіштіктері жақсы. Бөлме жағдайында барлық металдар (сынаптан басқасы) қатты күйінде кездеседі. Бейметалдарда металдарға тән жылтыры болмайды, олар үгілгіш, жылумен электрөткізгіштіктері нашар. Кейбіреулері кәдімгі жағдайда газ тәріздес болып келеді. Күрделі заттар органикалық, бейорганикалық және элементорганикалық болып бөлінеді. Бейорганикалық химия периодтық жүйедегі барлық элементтер химиясын қамтиды. Органикалық қосылыстардың қасиеттері бейорганикалық қосылыстардан ерекше, ал элементорганикалық қосылыстар аралық орын алады.

Бейорганикалық заттар құрамына сәйкес (екіэлементтік, немесе бинарлык, қосылыстар мен көпэлементтік қосылыстар: оттекті, азотты т.б) және осы заттардың химиялық реакцияда орындайтын функциясына, яғни химиялық қасиеттеріне сәйкес (қышқылды-негіздік, тотығу-тотықсыздану т.б) әртүрлі кластарға жіктеледі. Бинарлы қосылыстарға кез-келген екі түрлі элементтен тұратын қосылыстар жатады. Мысалы, азот пен оттегінің бинарлық қосылыстары: \(N_2O,NO,N_2O_3,NO_2,N_2O_5\); мыс пен күкірттің бинарлық қосылыстары: \(Cu_2S,CuS,CuS_2\). Бинарлық қосылыстардың формулаларында металдар бейметалдан бұрын көрсетіледі: \(SnCl_2,Al_3N\). Егер бинарлық қосылыс екі бейметалдан түзілген болса, онда бірінші орынға келесі тізбекте солға қарай орналасқан элемент символы жазылады: \(B,Si,C,As,P,H,Te,Se,S,I,Br,Cl,N,O,F\). Мысалы, \(CBr_4,H_2O,SF_6\). Егер бинарлық қосылыс екі металдан тұратын болса, онда бірінші үлкен периодтың басында орналасқан металл көрсетіледі. Ал егер екі металл да бір топта орналасқан болса, онда бірінші реттік нөмірі үлкен элемент көрсетіледі. Мысалы, \(CuZn, AuCu_3\). Бинарлық қосылыстар бейметалл типіне сәйкес әртүрлі кластарға жіктеледі (кесте-2.1), ал қалған бинарлық қосылыстар металдар арасындағы қосылыстарға – интерметаллидтерге жатады.

Олардың атаулары бейметалдардың латынша атауының түбіріне «ид» жұрнағын жалғау арқылы түзіледі. Терісэлектрлік төмен элемент әртүрлі тотығу күйінде кездесетін болса, онда оның атауынан кейін жақшада тотығу дәрежесі көрсетіледі. Мысалы, \(Cu_2O\) – мыс (I) оксиді, \(CuO\) – мыс (II) оксиді, \(CO\) көміртек (II) оксиді, \(CO_2\) – көміртек (IV) оксиді. Тотығу дәрежесінің орнына грек сандары көмегімен құрамы көрсетіледі: \(CO\) – көміртек монооксиді, \(CO_2\) –көміртек диоксиді, \(Fe_3O_4\) – темір тетраоксиді. Кейбір бинарлық қосылыстар үшін дәстүрлі атаулары сақталады: \(H_2O \) – су, \(NH_3\) – аммиак. Бинарлық қосылыстардың ішінде кең тарағандары – оксидтер. Функционалдық белгілеріне сәйкес оксидтер тұзтүзетін және тұзтүзбейтін деп бөлінеді. Тұзтүзетін оксидтер негіздік, қышқылдық және амфотерлік болып жіктеледі.

Қышқылдармен (немесе қышқылдық оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер негіздік деп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), негіздік оксидтер негіздерді түзеді. Мысалы, кальций оксиді \(CaO\) сумен әрекеттесіп, кальций гидроксидіне \(Ca(OH)_2\) айналады:

\(CaO=H_2O \rightarrow Ca(OH)_2\)

Магний оксиді \(MgO\)- негіздік оксид. Ол суда нашар ериді, бірақ оған негіз-магний гидроксиді \(Mg(OH)_2\) сәйкес келеді.

Негіздермен (немесе негіздік оксидтермен ) әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер қышқылдық деп аталады. Суды қосып алып (тікелей немесе жанама), қышқылдық оксидтер қышқылға айналады. Мысалы, күкірт (VI) оксиді \(SO_3\) сумен әрекеттесіп, күкірт қышқылын \(H_2SO_4\) түзеді:

\(SO_3+H_2O=H_2SO_4\)

Кремний диоксиді \(SiO_2\) қышқылдық оксид. Ол сумен тікелей әрекеттеспейді, бірақ оған кремний қышқылы \(H_2SiO_3\) сәйкес келеді Қышқылдық оксидтерді алудың бір әдісі – сәйкес қышқылды сусыздандыру. Сондықтан қышқылдық оксидтерді ангидридтер деп атайды. Қышқылдармен де, негіздермен де әрекеттесіп, тұзтүзетін оксидтер амфотерлік деп аталады. Ондай оксидтерге мысалы, \(Al_2O_3,~ZnO,~PbO,~Cr_2O_3\) жатады.

Тұзтүзбейтін оксидтер қышқылмен де, негізбен де әрекеттескенде, тұз түзілмейді. Мысалы, азот (I) оксиді \(N_2O\), азот (II) оксиді \(NO\).

Элементтердің оттегімен тағы да бір қосылыстары белгілі, олар құрамы бойынша оксидтер класына, ал құрылысы мен қасиеттері бойынша тұздарға жатады. Ондай заттардың мысалы ретінде металдар пероксидтерін айтуға болады. Мысалы, барий пероксиді \(BaO_2\), натрий пероксиді \(Na_2O_2\). Табиғаты бойынша металдар пероксидтері әлсіз қышқылдың сутегі пероксидінің \(H_2O_2\) – тұздары болып табылады.

Бейорганикалық қосылыстардың маңызды кластарына қышқылдар, негіздер және тұздар жатады.

Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан қышқылдар ерітінділерде сутек ионын бөліп диссоциацияланатын заттар. Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан қышқылдар сутегі ионын беруге қабілеті бар заттар, яғни протондар донорлары. Қышқылдарға тән химиялық қасиеттері – олардың негіздермен әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:

\(H_2SO_4+2NaOH=\) \(Na_2SO_4+2H_2O\)

\(2~HNO_3+FeO=Fe(NO_3)_2+H_2O\)

\(2~HCl+ZnO=ZnCl_2+H_2O\)

Қышқылдар күштеріне, негіздіктеріне және қышқылдың құрамында оттегі болуы мен болмауына сәйкес жіктеледі. Күштері бойынша қышқылдар күшті және әлсіз болып бөлінеді. Маңызды күшті қышқылдар – азот қышқылы \(HNO_3\), күкірт қышқылы \(H_2SO_4\) және тұз қышқылы \(HCl\). Оттегінің болуына сәйкес оттекті қышқылдар \((HNO_3,~H_3PO_4)\) мен оттексіз қышқылдарды \((HCl,H_2S)\) айырады. Негізділігі бойынша, яғни қышқыл молекуласы құрамындағы сутек атомының санына сәйкес қышқылдар бірнегізді \((HCl,~HNO_3)\), екінегізді \((H_2S,~H_2SO_4)\), үшнегізді \((H_3PO_4,~H_3BO_3)\) т.б. болады. Оттексіз қышқылдардың атаулары қышқыл түзетін элементтің атауына «сутек» жұрнағын қосу арқылы беріледі: \(HCl\) – хлорсутек, \(H_2S\) – күкіртсутек. Оттекті қышқылдардың атаулары элемент атауына «қышқылы» сөзін қосу арқылы пайда болады. Егер элементтің тотығу дәрежесі ең жоғары болса келесідей аталады: мысалы, \(H_2SO_4\)– күкірт қышқылы, \(HNO_3\) – азот қышқылы. Элементтің тотығу дәрежелері төмендеген сайын олардың атаулары келесі тәртіпте жүреді: \(HClO_3\)- хлорлы қышқыл, \(HClO_2\)- хлорлау қышқыл, \(HOCl\)- хлорлылау қышқыл.

Электролиттік диссоциациялану теориясы тарапынан негіздер ерітінділерінде гидроксид-иондарды бөлу арқылы диссоциацияланатын заттар. Негіздердің маңызды химиялық қасиеттері – қышқылдармен (қышқылдық және амфотерлік оксидтермен) әрекеттесіп, тұзтүзу қабілеттері, мысалы:

\(KOH+HCl=KCl+H_2O\)

\(Ca(OH)_2+CO_2=CaCO_3+H_2O\)

\(2~NaOH+ZnO=Na_2ZnO_2+H_2O\)

Қышқылдар мен негіздердің протондық теориясы тұрғысынан негіздер сутек иондарын қосып алуға қабілеті бар заттар, яғни протондар акцепторлары. Мысалы: аммиак – сутек протонын қосып алып, аммоний – ионын \(NH_4\)+ түзеді. Негіздер тәрізді аммиак қышқылдармен әрекеттесіп, тұз түзеді:

\(2~NH_3+H_2SO_4=(NH_4)_2SO_4\)

Қосып алатын протондар санына сәйкес бірқышқылдық негіздерді \((LiOH,~KOH,~NaOH)\) және екіқышқылдық негіздерді \((Ca(OH)_2,~Fe(OH)_2)\) т.б. айырады. Күштері бойынша негіздер күшті және әлсіз болып жіктеледі: күшті негіздерге барлық сілтілер жатады.

Тұздарға ерітінділерінде сутек ионынан басқа оң зарядталған иондар мен гидроксид-ионынан басқа теріс зарядталған иондар түзетін заттар жатады. Тұздарды қышқыл құрамындағы сутек атомдарының орнын металл басу арқылы түзілген өнім немесе негіздегі гидроксотоптың орнын қышқыл қалдығы басудың өнімі ретінде қарастыруға болады. Толығымен орын басу жүрсе, орта тұздар пайда болады. Қышқылдағы сутегі атомы орны толық басылмаса қышқыл тұздар, ал негіздегі гидроксоптың толық басылмауы жағдайында негіздік тұздар түзіледі. Қышқыл тұздарды негізділігі екі немесе одан да көп қышқылдар береді, ал негіздік тұздар екі және одан да көп гидроксотобы бар негіздерден түзіледі. Мысалы:

\(Ca(OH)_4+H_2SO_4=CaSo_4+2~H_2O\)

\(CaSO_4\) (кальций сульфаты) – орта тұз

\(KOH+H_2SO_4=KHSO_4+H_2O\)

\(KHSO_4\) (калий гидросульфаты) – қышқыл тұз

\(Mg(OH)_2+HCl=Mg(OH)Cl+H_2O\)

\(Mg(OH)Cl\) – (гидроксомагний хлориді) – негіздік тұз.

Екі металлмен бір қышқылдан түзілген тұздар қостұздар деп аталады. Бір металл пен екі қышқылдан түзілген тұздар – аралас тұздар. Қос тұздардың мысалы – калий-алюминий сульфаты (алюмокалий ашудасы) \(KAl(SO_4)_2 \cdot 2H_2O\). Аралас тұздар мысалы – кальций хлорид – гипохлориті \(CaCl(OCl)\) (немесе \(CaOCl_2\)). Тұздардың атаулары катион мен анион атауларынан құралады. Оттексіз қышқылдар аниондарының атаулары бинарлық қосылыстар тәрізді беріледі, яғни «ид» жұрнағы жалғанады. Мысалы, \(NaF\) – натрий фториді. Ал оттекті қышқыл аниондарының атаулары элементтің тотығу дәрежесінен тәуелді. Жоғары тотығу дәрежесі үшін «ат» жұрнағы қосылады. Мысалы, азот қышқылының \(HNO_3\) тұздары – нитраттар, күкірт қышқылының \(H_2SO_4\) тұздары – сульфаттар. Ал тотығу дәрежесі төмен болса, онда «ит» жұрнағы жалғанады, мысалы, азотты қышқылдың \(HNO_2\) тұздары нитриттер, күкіртті қышқылдікі \(H_2SO_3\) – сульфиттер. Қышқыл және негіздік тұздардың атаулары орта тұздар атауының жалпы ережелері бойынша беріледі. Қышқыл тұздың анионына «гидро» сөзі қосылады, ол металмен орны басылмаған сутек атомын көрсетеді, ал саны грекше сан атаулары арқылы беріледі. Мысалы, \(Na_2HPO_4\) – натрий гидрофосфаты, \(NaH_2PO_4\) – натрий дигидрофосфаты. Негіздік тұздардағы катион атауына «гидроксо» сөзі қосылады, ол орны басылмаған гидроксотопты көрсетеді. Мысалы, \(Al(OH)Cl_2\) – гидроксоалюминий хлориді, \(Al(OH)_2Cl\) – дигидроксоалюминий хлориді. Тарихи қалыптасқан дәстүр бойынша хлор \((HClO_4)\), йод \((HIO_4)\) және марганец \((HMnO_4)\) қышқылдары тұздарының атаулары ерекше беріледі: олар сәйкес перхлораттар, периодтар және перманганаттар деп аталады. Кесте 2.2. Маңызды қышқылдар мен тұздардың атаулары