Автор статьи — Саид Лутфуллин
Химия – это всегда единство противоположностей.
Рассмотрим элементы периодической системы, соединения которых проявляют амфотерные (противоположные) свойства.
· Некоторые элементы, например, соединения К (K2O — оксид, KOH — гидроксид) проявляют основные свойства.
Основные свойства — взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами.
Почти все металлы, проявляющие степени окисления +1 и +2) образуют основные оксиды и гидроксиды.
· Некоторые элементы (все неметаллы и d-элементы со степенями окисления +5 и +6) образуют кислотные соединения.
Кислотные соединения – это оксиды и соответствующие кислородсодержащие кислоты, они взаимодействуют с основными оксидами и основаниями, образуя соли
А есть элементы, образующие такие оксиды и гидроксиды, которые проявляют и кислотные и основные свойства, то есть являются амфотерными соединениями.
Большинство амфотерных оксидов и гидроксидов — твердые (или гелеобразные) вещества, мало- или нерастворимые в воде.
Какие элементы образуют амфотерные соединения?
Есть правило, немного условное, но зато вполне практичное:
· Элементы лежат на условно проведенной диагонали Be — At: самые часто встречающиеся в школьной программе — это Be и Al
· Амфотерные гидроксиды и оксиды образуются металлами — d-элементами в средней степени окисления, например
Cr2O3, Cr(OH)3; Fe2O3, Fe(OH)3
· И три исключения: металлы Zn, Pb, Sn образуют следующие соединения, и амфотерные соединения.
Наиболее часто встречающиеся амфотерные оксиды (и соответствующие им гидроксиды):
ZnO, Zn(OH)2, BeO, Be(OH)2, PbO, Pb(OH)2, SnO, Sn(OH)2, Al2O3, Al(OH)3, Fe2O3, Fe(OH)3, Cr2O3, Cr(OH)3
Свойства амфотерных соединений запомнить не сложно: они взаимодействуют с кислотами и щелочами.
с взаимодействием с кислотами все просто, в этих реакциях амфотерные соединения ведут себя как основные:
Оксиды:
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
BeO + HNO3 → Be(NO3)2 + H2O
Точно так же реагируют гидроксиды:
Fe(OH)3 + 3HCl → FeCl3 + 3H2O
Pb(OH)2 + 2HCl → PbCl2 + 2H2O
· С взаимодействием со щелочами немного сложнее. В этих реакциях амфотерные соединения ведут себя как кислоты, и продукты реакции могут быть различными, все зависит от условий.
Или реакция происходит в растворе, или реагирующие вещества берутся твердые и сплавляются.
· Взаимодействие основных соединений с амфотерными при сплавлении.
Разберем на примере гидроксида цинка. Как уже говорилось ранее, амфотерные соединения взаимодействуя с основными, ведут себя как кислоты. Вот и запишем гидроксид цинка Zn(OH)2 как кислоту. У кислоты водород спереди, вынесем его:H2ZnO2. И реакция щелочи с гидроксидом будет протекать как будто он – кислота. «Кислотный остаток» ZnO22- двухвалентный:
2KOH(тв.) + H2ZnO2(тв.) (t,сплавление)→ K2ZnO2 + 2H2O
Полученное вещество K2ZnO2 называется метацинкат калия (или просто цинкат калия). Это вещество – соль калия и гипотетической «цинковой кислоты» H2ZnO2 (солями такие соединения называть не совсем правильно, но для собственного удобства мы про это забудем). Только гидроксид цинка записывать вот так: H2ZnO2 – нехорошо. Пишем как обычно Zn(OH)2, но подразумеваем (для собственного удобства), что это «кислота»:
2KOH(тв.) + Zn(OH)2(тв.) (t,сплавление)→ K2ZnO2 + 2H2O
С гидроксидами, в которых 2 группы ОН, все будет так же как и с цинком:
Be(OH)2(тв.) + 2NaOH(тв.) (t,сплавление)→ 2H2O + Na2BeO2 (метабериллат натрия, или бериллат)
С амфотерными гидроксидами с тремя группами OH (Al(OH)3, Cr(OH)3,Fe(OH)3) немного иначе.
Разберем на примере гидроксида алюминия: Al(OH)3, запишем в виде кислоты: H3AlO3, но в таком виде не оставляем, а выносим оттуда воду:
H3AlO3 – H2O → HAlO2 + H2O.
Вот с этой «кислотой» (HAlO2) мы и работаем:
HAlO2 + KOH → H2O + KAlO2 (метаалюминат калия, или просто алюминат)
Но гидроксид алюминия вот так HAlO2 записывать нельзя, записываем как обычно, но подразумеваем там «кислоту»:
Al(OH)3(тв.) + KOH(тв.) (t,сплавление)→ 2H2O + KAlO2 (метаалюминат калия)
То же самое и с гидроксидом хрома: Cr(OH)3 → H3CrO3 → HCrO2
Cr(OH)3(тв.) + KOH(тв.) (t,сплавление)→ 2H2O + KCrO2 (метахромат калия,
НО НЕ ХРОМАТ, хроматы – это соли хромовой кислоты).
Те же принципы, что и в названиях обычных «солей», элемент в высшей степени окисления – суффикс АТ, в промежуточной – ИТ.
Эти соединения всегда образуются, когда соприкасаются сильноосновный «мир» (щелочи) и амфотерный (при сплавлении). То есть точно так же как и амфотерные гидроксиды со щелочами будут реагировать и амфотерные оксиды.
Взаимодействия:
1. Амфотерного оксида с сильноосновным оксидом:
ZnO(тв.) + K2O(тв.) (t,сплавление)→ K2ZnO2 (метацинкат калия, или просто цинкат калия)
2. Амфотерного оксида со щелочью:
ZnO(тв.) + 2KOH(тв.) (t,сплавление)→ K2ZnO2 + H2O↑
3. Амфотерного гидроксида с сильноосновным оксидом:
Zn(OH)2(тв.) + K2O(тв.) (t,сплавление)→ K2ZnO2 + H2O↑
4. Амфотерного гидроксида со щелочью:
Zn(OH)2(тв.) + 2KOH(тв.) (t,сплавление)→ K2ZnO2 + 2H2O↑
Запомните, реакции, приведенные выше, протекают при сплавлении.
· Взаимодействие амфотерных соединений со ЩЕЛОЧАМИ (здесь только щелочи) в растворе.
В ЕГЭ это называют «растворением гидроксида алюминия (цинка, бериллия и т.д.) щелочи». Это обусловлено способностью металлов в составе амфотерных гидроксидов в присутствии избытка гидроксид-ионов (в щелочной среде) присоединять к себе эти ионы. Образуется частица с металлом (алюминием, бериллием и т.д.) в центре, который окружен гидроксид-ионами. Эта частица становится отрицательно-заряженной (анионом) за счет гидроксид-ионов, и называться этот ион будет гидроксоалюминат, гидроксоцинкат, гидроксобериллат и т.д..
Запишем сокращенное ионное уравнение этих процессов:
Al(OH)3 + OH— → Al(OH)4—
Образовавшийся ион называется «Тетрагидроксоалюминат-ион». Приставка «тетра-» прибавляется, потому что гидроксид-иона четыре. Тетрагидроксоалюминат-ион имеет заряд -, так как алюминий несет заряд 3+, а четыре гидроксид-иона 4-, в сумме получается -.
При взаимодействии щелочи с амфотерным гидроксидом в растворе образуется соль. Катион которой – это катион щелочи, а анион – это сложный ион, образование которого мы рассмотрели ранее. Анион заключается в квадратные скобки.
Al(OH)3 + KOH → K[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат калия)
Не забывайте следить, чтобы все индексы были верно проставлены. Следите за зарядами, и имейте в виду, что сумма их должна быть равна нулю.
Кроме амфотерных гидроксидов, со щелочами реагируют амфотерные оксиды. Продукт будет тот же. Только вот если вы запишете реакцию вот так:
Al2O3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Но эта реакция у вас не уравнивается. Надо добавить воду в левую часть, взаимодейтсиве ведь происходит в растворе, воды там дотаточно, и все уравняется:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
Помимо амфотерных оксидов и гидроксидов, с растворами щелочей взаимодействуют некоторые особо активные металлы, которые образуют амфотерные соединения. А именно это: алюминий, цинк и бериллий. Чтобы уравнялось, слева тоже нужна вода. И, кроме того, главное отличие этих процессов – это выделение водорода:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
2Al + 6NaOH + 6H2O → 2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑
В таблице ниже приведены наиболее распространенные в ЕГЭ примеры свойства амфотерных соединений:
| Амфотерное вещество | Соль | Название соли | Реакции |
| Al Al2O3 Al(OH)3 | Na[Al(OH)4] | Тетрагидроксоалюминат натрия | Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ |
| Zn ZnO Zn(OH)2 | K2[Zn(OH)4] | Тетрагидроксоцинкат натрия | Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4] ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4]+ H2↑ |
| Be BeO Be(OH)2 | Li2[Be(OH)4] | Тетрагидроксобериллат лития | Be(OH)2 + 2LiOH → Li2[Be(OH)4] BeO + 2LiOH + H2O → Li2[Be(OH)4] Be + 2LiOH + 2H2O → Li2[Be(OH)4]+ H2↑ |
Полученные в этих взаимодействиях соли реагируют с кислотами, образуя две другие соли (соли данной кислоты и двух металлов):
2Na3[Al(OH)6] + 6H2SO4 → 3Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 12H2O
Вот и все! Ничего сложного. Главное не путайте, помните что образуется при сплавлении, что в растворе. Очень часто задания по этому вопросу попадаются в B части.