Opracował Andrzej Ślączka

Katedra Przeróbki Kopalin i Utylizacji Odpadów

 

Materiały do wykładów

z podstaw chemii wzbogacania kopalin

 

dla studentów specjalności Przeróbka Kopalin Stałych

Politechniki Śląskiej

Semestr IV  

Chemia

Wykłady

PKS
 

7. Rodzaje substancji nieorganicznych

Związki chemiczne dzieli się na dwie podstawowe grupy:

związki organiczne -  W skład związków organicznych wchodzą: węgiel i wodór zawsze a poza tym tlen, azot, siarka, fosfor i jeszcze szereg pierwiastków w mniejszych ilościach. Chemia organiczna to chemia węgla.

związki nieorganiczne - zwane też związkami mineralnymi - są to połączenia wszystkich znanych pierwiastków z wyłączeniem połączeń węgla z wodorem i pochodnych tych związków. Chemia nieorganiczna to chemia minerałów.

Schemat podziału związków nieorganicznych przedstawiono na poniższym rysunku.

Tlenki

Otrzymywanie:

4Al  +  3O2   -->   2Al2O3 

 

CaCO3  -->  CaO  + CO2

Tlenki dzielimy na:

Tlenki metali:

Tlenki metali alkaicznych i ziem alkalicznych reagują z wodą dając zasady (wodorotlenki).

tlenek metalu  +  woda  -->  wodorotlenek

Na20 + H20  -->  2 NaOH

Mg0 + H20  -->  Mg(OH)2

Tlenki niemetali:

tlenek niemetalu + woda  -->  kwas tlenowy

SO2 + H20  -->  H2S04

CO2 + H2O  -->  3H2C03

N2O5 + H2O  -->  2HNO3

P2O5 + 3H20  -->  2H3P04

Redukcja tlenków (odtlenianie)

Tlenki można redukować do niższego tlenku lub wolnego pierwiastka:

Cu0 + H2  -->  Cu + H20

Fe203 + C  -->  2Fe0 + CO

Fe0 + CO  -->  Fe + CO2

CO2  +  2Mg  -->  C + 2Mg0

Wodorotlenki

Wodorotlenki są to związki, które w roztworze wodnym dysocjują na dodatnie jony metalu (kationy) i ujemne  jony (aniony) wodorotlenowe.

Obecność ujemnych jonów wodorotlenowych jest wyznacznikiem obecności zasady (wodorotlenku).

Wodorotlenki są związkami zawierającymi metal, tlen i wodór połączone w kolejności:

METAL - TLEN -WODÓR

 

Na -- O--H        NaOH

H--O--Mg--O--H        Mg(OH)2 

Otrzymywanie:

K2O  + H2O  -->  2KOH

CaO  +  H2O  -->  Ca(OH)2

2K  +  2H2O  -->  2KOH  +  H2 

Ca  +  2H2O  -->  Ca(OH)2  +  H2

3NaOH  +  FeCl3  -->  Fe(OH)3  +  3NaCl

Właściwości

wodorotlenek  +  kwas  -->  sól  +  woda

2Cu(OH)2  +  H2SO4  -->  CuSO4  +  2H2

wodorotlenek alkaliczny   +  sól metalu ciężkiego  -->  wodorotlenek metalu ciężkiego  +  sól metalu alkalicznego

3KOH  +  Fe(NO3)3  +  KNO3

Kwasy

Kwasy są to związki, które w roztworze wodnym dysocjują na dodatnie jony wodorowe (protony) i ujemne  jony (aniony) reszty kwasowej.

Obecność dodatnich jonów wodorowych jest wyznacznikiem obecności kwasu.

Kwasy dzielimy na kwasy tlenowe, np.:

 

H2SO4     - kwas siarkowy VI

H2SO3     - kwas siarkowy IV

HNO3     - kwas azotowy V

H2CO3     - kwas węglowy

H3PO4     - kwas fosforowy

H2SiO3     - kwas krzemowy

 

i kwasy beztlenowe, które są kwasami tylko w roztworach wodnych (dysocjując odszczepiają jony H+ - warunek obecności kwasu), np.:

 

HF     -   fluorowodór,         rozpuszczony we wodzie:     kwas fluorowodoroey

HCl     - chlorowodór,         rozpuszczony we wodzie:     kwas chlorowodorowy (solny)

HBr     - bromowodór,        rozpuszczony we wodzie:     kwas bromowodorowy

HJ     -   jodowodór,           rozpuszczony we wodzie:     kwas jodowodorowy

HCN -   cjanowodór,         rozpuszczony we wodzie:     kwas cjanowodorowy

H2S     - siarkowodór,       rozpuszczony we wodzie:     kwas siarkowodorowy

 Otrzymywanie kwasów tlenowych:

tlenek niemetalu + woda  -->  kwas tlenowy

 

SO2  +  H2O  -->  H2SO3 

SO3  +  H2O  -->  H2SO4 

CO2  +  H2O  -->  H2CO3 

N2O3  +  H2O  -->  2 HNO2 

N2O5  +  H2O  -->  2 HNO3 

P2O5  + 3 H2O  -->  2 H3 PO4 

 

 Otrzymywanie kwasów beztlenowych:

bezpośrednie łączenie wodoru z niemetalem:

H2  +  Cl2  -->  2 HCl

Własności chemiczne kwasów:

1. Reagują z wodorotlenkami (reakcja zobojętnienia):

kwas  +  wodorotlenek  -->  sól  + woda

HCl  +  NaOH  -->  NaCl  +  H2O

H2SO4  +  Mg(OH)2  -->  MgSO4  + 2 H2O

2. Reagują z metalami:

nieszlachetnymi:

metal  + kwas   -->   sól  +  wodór

Zn  + 2 HCl   -->   ZnCl2  +  H 

szlachetnymi reagują tylko kwasy utleniające w wyniku czego powstaje sól i bezwodnik kwasowy, np.:

Cu  +  2 H2SO4   -->   CuSO4  +  SO2  +  H2O

Au  +  4HCl  +  HNO3   -->   HAuCl4  +  NO  + 2 H2(kwas chlorozłotowy)

3. Barwią indykatory:

 

Sole

Sole dzielimy na:

Sole powstają w wyniku działania kwasów na wodorotlenki.

Reakcja ta zachodzi ponieważ obecne w roztworze kwasów jony H+ a w roztworze wodorotlenku jony OH- po zmieszaniu łączą się ze sobą dając praktycznie niezdysocjowaną cząsteczkę wody. Reakcja zobojętnienia jest więc reakcją łączenia się jonów wodorowych i wodorotlenowych:

H+  +  OH-   -->   H2O

Wzory chemiczne soli wywodzą się ze wzorów kwasów, w których atomy wodoru zastąpione są atomami metalu.

MenRm 

gdzie Me to symbol metalu a R to symbol reszty kwasowej kwasu z którego sól powstała.

Rozpuszczalność podstawowych soli we wodzie

Azotany Rozpuszczalne wszystkie
Chlorki Rozpuszczalne wszystkie z wyjątkiem chlorków srebra, rtęci I i ołowiu IV
Siarczany Rozpuszczalne wszystkie z wyjątkiem: siarczanów baru i ołowiu
Węglany i fosforany Nierozpuszczalne wszystkie z wyjątkiem soli sodu, potasu i amonu
Siarczki Nierozpuszczalne wszystkie z wyjątkiem siarczków sodu, potasu i amonu
Krzemiany Nierozpuszczalne wszystkie z wyjątkiem krzemianów sodu i potasu
Wodorotlenki Nierozpuszczalne wszystkie z wyjątkiem wodorotlenków sodu, potasu i amonu