Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 14. Взаємодія оксидів із водою. Поняття про кислоти й основи
Пригадайте
- як визначити заряди йонів за Періодичною таблицею елементів (§ 2);
- як складати формули та назви бінарних сполук (§ 2).
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Наповнимо дві колби чистим киснем. В одній колбі спалимо невелику смужку кальцію, а в другій — невелику кількість фосфору. Обидві речовини згоряють сліпучим полум'ям, а колби наповнюються твердими продуктами згоряння білого кольору — відповідними оксидами:
2Са + О2 = 2СаО
4Р + 5О2 = 2Р2О5
До обох колб доллємо воду об'ємом по 50-100 мл і додамо по декілька крапель розчину фіолетового лакмусу. (Лакмус — це природна витяжка з деяких лишайників, якою можна виявити наявність у розчині кислоти або основи.) Спостерігаємо, що в колбах лакмус набув різного забарвлення.
Поміркуйте
Сформулюйте гіпотезу, яка пояснює різне забарвлення лакмусу у двох колбах із дослідження. (Зверніть увагу на ознаки, за якими можна по-різному класифікувати реактанти та продукти згоряння.)
Кислотні оксиди та кислоти
З-поміж оксидів можна виділити дві великі групи: кислотні оксиди й основні оксиди. Багато з них реагують із водою, а продуктами реакцій є, відповідно, кислоти й основи.
Кислотні оксиди — це оксиди, продукти сполучення яких із водою є кислотами.
Кислотними є оксиди неметалічних хімічних елементів (за винятком несолетворних оксидів, як-от N2O, NO, SiO, CO), а також оксиди, утворені металічними елементами, у яких формальний заряд хімічного елемента в складі оксиду зазвичай +4 і вище.
Усі кислотні оксиди, за винятком силіцій(ІV) оксиду SiO2, реагують із водою з утворенням кислот:
кислотний оксид + Н2О → кислота
До прикладу:
SO3 + Н2О = H2SO4 (сульфатна кислота);
СО2 + Н2О = Н2СО3 (карбонатна кислота);
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4 (ортофосфатна кислота);
Мn2О7 + Н2О = 2НМnО4 (перманганатна кислота).
Поміркуйте
Проаналізуйте формули кислот у наведених рівняннях реакцій. Виявіть спільне й відмінне.
У формулах неорганічних кислот на першому місці записують хімічний символ Гідрогену, а на другому — кислототворного хімічного елемента. Якщо з формули кислоти прибрати символ Гідрогену, то решта символів позначають кислотний залишок.
Кислоти — це сполуки, які здатні утворювати катіони Гідрогену й аніони кислотного залишку.
Формули найпоширеніших кислот важливо вивчити напам’ять (табл. 1). Окрім складу кислотного залишку, важливо знати його заряд (це знадобиться для складання формул солей). У йонів Гідрогену заряд 1+, тому за принципом електронейтральності заряд кислотного залишку дорівнює кількості йонів Гідрогену, але зі знаком «-»:
Таблиця 1. Назви та формули кислот
|
Назва кислоти (традиційна назва) |
Відповідний кислотний оксид |
Формула кислоти |
Кислотний залишок |
Назва кислотного залишку |
|
Карбонатна (вугільна) |
CO2 |
H2CO3 |
CO2-3 |
Карбонат |
|
Нітратна (азотна) |
N2O5 |
HNO3 |
NO-3 |
Нітрат |
|
Нітритна (азотиста) |
N2O3 |
HNO2 |
NO-2 |
Нітрит |
|
Силікатна (кремнієва) |
SiO2 |
H2SiO3 |
SiO2-3 |
Силікат |
|
Сульфатна (сірчана) |
SO3 |
H2SO4 |
SO2-4 |
Сульфат |
|
Сульфітна (сірчиста) |
SO2 |
H2SO3 |
SO2-3 |
Сульфіт |
|
Ортофосфатна (фосфорна) |
P2O5 |
H3PO4 |
PO3-4 |
Ортофосфат |
|
Хроматна (хромова) |
CrO3 |
H2CrO4 |
СrО2-4 |
Хромат |
Дізнайтеся більше
Єдиний кислотний оксид, що не взаємодіє з водою, — це силіцій(IV) оксид SiO2, якому відповідає силікатна кислота H2SiO3. Він поширений у природі як складник мінералу кварцу. Кварцовий пісок на узбережжях морів і річок — це і є силіцій(ІV) оксид.
Основні оксиди й основи
Хімічними «антагоністами» кислотних оксидів є основні оксиди.
Основні оксиди — це оксиди, яким відповідають основи.
Основні оксиди утворені металічними хімічними елементами. Заряд йонів металічних елементів у них зазвичай невеликий: 1+, 2+, іноді 3+.
Деякі основні оксиди реагують із водою з утворенням основ:
основний оксид + Н2О → основа (луг)
До прикладу:
Na2O + Н2О = 2NaOH;
К2О + Н2О = 2КОН;
СаО + Н2О = Са(ОН)2.
Поміркуйте
Проаналізуйте формули основ у наведених рівняннях реакцій. Виявіть спільне й відмінне.
Основи — сполуки, що складаються з катіонів металічних хімічних елементів і одного або кількох гідроксид-аінонів ОН-.
У формулах неорганічних основ на першому місці записують катіон металічного елемента, а на другому — гідроксид-аніон ОН-.
Пам’ятаючи, що гідроксид-аніон завжди має заряд 1-, формули основ легко складати за принципом електронейтральності: кількість гідроксид-аніонів у складі формульної одиниці основи дорівнюватиме заряду катіона металічного хімічного елемента:
Na+ОН-, Fe2+(OH-)2
Назви основ складають так само, як і назви бінарних сполук:
До прикладу:
Na+ОН- — натрій гідроксид;
Fe2+(OH-)2 — ферум(2+) гідроксид.
З-поміж неорганічних основ виділяють дві групи: луги (переважно розчинні основи) та нерозчинні основи. Розчинність основ (як і інших речовин) можна визначити за таблицею розчинності (див. форзац 2). Наприклад, основа NaOH, що складається з катіонів Na+ та аніонів ОН-, є розчинною (мал. 14.1).
Мал. 14.1. Фрагмент таблиці розчинності: на перетині відповідного катіона й аніона літера Р позначає розчинну речовину, М — малорозчинну, Н — практично нерозчинну
Із водою можуть реагувати лише ті основні оксиди, з яких утворюються луги. Інші основні оксиди з водою не реагують, хоча існують відповідні їм основи (табл. 2).
Таблиця 2. Основні оксиди та відповідні їм основи
|
Основні оксиди |
Взаємодія з водою |
Основи |
|
Na2O |
Взаємодіють |
Натрій гідроксид NaOH |
|
К2О |
Калій гідроксид КОН |
|
|
Li2O |
Літій гідроксид LiOH |
|
|
SrO |
Стронцій гідроксид Sr(OH)2 |
|
|
BaO |
Барій гідроксид Ва(ОН)2 |
|
|
MnO |
Не взаємодіють |
Манган(2+) гідроксид Мn(ОН)2 |
|
FeO |
Ферум(2+) гідроксид Fe(OH)2 |
Кислоти та луги — їдкі небезпечні речовини, тому на упакуваннях із ними має бути відповідна піктограма.
Індикатори для виявлення кислот і основ
Більшість кислот і основ — безбарвні сполуки, тому визначити їх наявність без «сторонньої допомоги» неможливо. Для виявлення кислот і основ у розчинах використовують індикатори — складні органічні сполуки (або їхні суміші), що змінюють своє забарвлення залежно від наявності кислоти або основи в розчині.
Найпоширеніші індикатори наведено в таблиці 3.
Таблиця 3. Забарвлення деяких індикаторів
Індикатори використовують переважно в розчинах — у воді або спирті (мал. 14.2, а). Зручніше використовувати індикаторний папір — фільтрувальний папір, просочений розчином індикатору, а потім висушений. У продаж він потрапляє у вигляді набору тоненьких смужечок із друкованою шкалою для порівняння (мал. 14.2, б).
Мал. 14.2. Розчини індикаторів (a) і універсальний індикаторний папір (б)
Дізнайтеся більше
• Вираз «лакмусовий папірець» став фразеологізмом (крилатим виразом), який часто використовують у переносному значенні для виявлення справжнього стану речей у різних ситуаціях. Наприклад, можна почути: «Рівень безробіття в країні є лакмусовим папірцем стану економіки держави» або «Скрутна ситуація виявилася лакмусовим папірцем, який виявив, хто був готовий допомогти у важку годину».
• Відкриття лакмусу є прикладом так званих випадкових відкриттів. Англійський науковець Роберт Бойль приготував водний розчин лакмусового лишайника. Склянка, де він зберігав цей настій, знадобилася йому для хлоридної кислоти. Спорожнивши склянку від настою, Бойль наповнив її кислотою та здивувався: безбарвна рідина набула червоного кольору. Досліджуючи цей ефект, Бойль винайшов перший індикатор для виявлення кислот і лугів.
• Слово «луг» походить від застарілого слова, яким раніше називали милкий розчин деревної золи, що використовували для прання й миття.
Робота з інформацією
147. Складіть формули оксидів: калій оксиду, фосфор(ІІІ) оксиду, аргентум(1+) оксиду, ферум(2+) оксиду, хлор(ІV) оксиду, нітроген(V) оксиду, сульфур(VІ) оксиду, ванадій(V) оксиду. Які з них є основними, а які — кислотними?
148. Складіть формули гідроксидів: Калію, Магнію, Стануму(2+), Хрому(3+), Купруму(2+), Барію. Підкресліть формули лугів.
149. Випишіть окремо формули оксидів: а) кислотних; б) основних. Na2O, P2O5, СО2, SO3, SO2, CrO, BaO, Cu2O, SiO2, Mn2O7, Li2O, N2O5, MnO, SnO2, I2O5, CuO.
Для оксидів, які можуть реагувати з водою, складіть рівняння реакцій, для інших — складіть формули відповідних кислот або основ.
150. Доповніть схеми реакцій і назвіть продукти реакцій:
a) Li2O + Н2О → ...;
б) SO2 + Н2О → ...;
в) ... + Н2О → Ва(ОН)2.
151. Унаслідок взаємодії кальцій оксиду (негашеного вапна) з водою утворюється кальцій гідроксид (гашене вапно). Під час реакції виділяється так багато теплоти, що вода може закипіти. Цю реакцію використовують у хімічних грілках для розігрівання їжі або напоїв в одноразових пакетах. Складіть рівняння цієї реакції.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
152. За моделями речовин складіть хімічні рівняння.
153. Оксос у перекладі з грецької означає «кислий», гідро — «вода», а генеа — «народжую». Як ви вважаєте, чому Лавуазье запропонував назви для хімічних елементів Оксиген і Гідроген відповідно?
154. Розчин, що утворився внаслідок розчинення газуватого оксиду у воді, змінює забарвлення лакмусу на червоне. Припустить, які це гази могли бути.
155. Речовини групи антоціанів називають «природними хамелеонами» через те, що за наявності кислот і лугів вони змінюють забарвлення. На світлині зображено різне забарвлення екстракту із червоноголової капусти (розчин антоціанів) за наявності різних речовин.
Ґрунтуючись на інформації щодо забарвлення різних індикаторів, зробіть висновок про наявність кислоти або лугу в різних частинах склянки.
156. Більшість індикаторів для виявлення кислот і основ, які використовують у хімічних дослідженнях, є двокольоровими, тобто за надлишку кислоти молекули індикатору виявляють один колір, а за надлишку лугу — інший. У проміжних умовах у розчині «співіснують» обидві форми індикатору, і ми бачимо змішаний колір. Так, молекули метилового оранжевого існують у двох модифікаціях — жовтій і червоній. А в разі існування в розчині обох модифікацій одночасно, ми спостерігаємо оранжеве забарвлення, що відображено в назві цього індикатора. Висловіть гіпотезу щодо забарвлення в розчинах кислот і основ таких індикаторів: бромкрезоловий зелений і метиловий зелений.
157. Як ви вважаєте, чи можна знайти в природних умовах фосфор(V) оксид, сульфур(VI) оксид і натрій оксид? Відповідь поясніть.
158. Деякі оксиди використовують як осушувачі для зневоднення газів і деяких неводних рідин. На якому принципі ґрунтується дія оксидів як осушувачів? Які оксиди можна так застосовувати й чому саме їх?
159. Термін «індикатор» широко вживається в різних галузях науки й техніки: індикатор електрики, світловий індикатор, екологічний індикатор тощо. Дізнайтеся переклад із латини слова indicator і поясніть широковживаність цього терміна.
