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:

• Utlenianie pierwiastków np.

4Al  +  3O₂   -->   2Al₂O₃ 

• Rozkład soli np.:

CaCO₃  -->  CaO  + CO₂

Tlenki dzielimy na:

Tlenki metali:

• Ciała stałe o wysokich temperaturach topnienia.

• W wodzie się nie rozpuszczają.

• Jedynie tlenki litowców i berylowców reagują chemicznie z wodą dając wodorotlenki

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:

• najczęściej gazy (np. CO, CO₂, SO₂, NO, NO₂)

• czasem ciecze (np. H₂O)

• lub ciała stałe (np. Si0₂, P₂0₅).

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:

• tlenek metalu lekkiego  +  woda

K₂O  + H₂O  -->  2KOH

CaO  +  H₂O  -->  Ca(OH)₂

• metal lekki  +  woda

2K  +  2H₂O  -->  2KOH  +  H₂ 

Ca  +  2H₂O  -->  Ca(OH)₂  +  H₂

• sole metali ciężkich  +  wodorotlenki metali lekkich (wodorotlenki metali ciężkich są nierozpuszczalne w wodzie)

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

Właściwości

• Wodorotlenki to ciała stałe (z wyjątkiem wodorotlenku amonu - NH₄Cl)

• są w większości nierozpuszczalne w wodzie ( z wyjątkiem wodorotlenków litowców)

• Reagują z kwasami - reakcja zobojętnienia

wodorotlenek  +  kwas  -->  sól  +  woda

2Cu(OH)₂  +  H₂SO₄  -->  CuSO₄  +  2H₂O 

• Wodorotlenki metali alkalicznych (ługi) reagują z solami metali ciężkich dając trudno rozpuszczalne wodorotlenki metali ciężkich:

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

3KOH  +  Fe(NO₃)₃  +  KNO₃

• Barwienie indykatorów:

• lakmus  --> niebiesko

• fenoloftaleina  -->  czerwono

• oranż metylowy  -->  żółto

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  +  H₂  

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 H₂O  (kwas chlorozłotowy)

3. Barwią indykatory:

• lakmus  --> czerwono

• fenoloftaleina  -->  bezbarwna

• oranż metylowy  -->  czerwono

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.

Me_nR_m 

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

Rozpuszczalność podstawowych soli we wodzie