Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Гидроксиды и их производные






Гидроксиды углерода (IV), кремния (IV) и германия (IV) – кислородсодержащие кислоты.

Угольная кислота Н2СО3 образуется при растворении углекислого газа в воде: Н2О + СО2 ⇄ Н2СО3 ⇄ Н+ + НСО3 ⇄ 2Н+ + СО32–.

Угольная кислота – слабая кислота. КдI = 4, 2·10–7, КдII = 4, 8·10–11 – это кажущиеся (!) константы диссоциации, так как отнесены к общему количеству углекислого газа, а не к истинной концентрации угольной кислоты. Но так как молекул Н2СО3 в растворе мало, то истинные константы диссоциации гораздо меньше указанных. Молекулы Н2СО3 существуют только в растворе! Диссоциация угольной кислоты протекает в основном до образования гидрокарбонат-ионов.

Соли угольной кислоты – карбонаты. Большинство карбонатов обычно мало растворимо в воде. Хорошо растворяются в воде карбонаты щелочных металлов, таллия (I) и аммония. Карбонаты в растворе подвергаются гидролизу, который протекает в основном по первой ступени, поэтому водные растворы карбонатов всегда содержат гидрокарбонат-ионы. (Уравнения гидролиза по I и II ступеням напишите самостоятельно!).

При действии кислот на карбонаты образуется углекислый газ:

К2СО3 + 2НСl → 2КСl + Н2О + СО2­ (качественная реакция на карбонат-ион)

При нагревании карбонаты разлагаются, образуя оксид металла и углекислый газ. Чем сильнее выражены металлические свойства элемента, тем более устойчив его карбонат. Так, карбонат натрия плавится без разложения, карбонат кальция разлагается при температуре»900°С, а карбонат серебра – при 218°С.

Для щелочных и щелочноземельных металлов известны кислые карбонаты (гидрокарбонаты). При слабом нагревании они легко разлагаются:

2NаНСО3 2СО3 + СО2 + Н2О;

Са(НСО3)2(р-р) СаСО3¯ + СО2­ + Н2О.

Кремниевые кислоты получают действием минеральных кислот на растворы силикатов, например, при добавлении кислоты к раствору силиката натрия образуется студенистый осадок – гель кремниевой кислоты неопределенного состава: Na2SiO3 + H2SO4 + (х – 1)Н2О → SiO2·хН2О + Na2SO4.

Если этот осадок отмыть от образовавшейся соли и высушить при повышенной температуре, то получается диоксид кремния в виде прозрачных крупинок – силикагель. Он обладает высокой пористостью и имеет огромную удельную поверхность. Это один из широко используемых адсорбентов (например, в хроматографии) и носителей катализаторов.

Кремниевые кислоты получаются и при гидролизе некоторых соединений кремния (галогенидов, сульфидов, эфиров кремниевых кислот и др.), а не прямым взаимодействием SiO2 с водой, поскольку растворимость оксида кремния (IV) в воде крайне мала и растворение с образованием кремниевой кислоты протекает очень медленно. Отдельные формы кремниевых кислот выделены в индивидуальном состоянии.

Диметакремниевая кислота Н2Si2О5 (в виде чешуйчатых кристаллов) образуется при действии серной кислоты на диметасиликат натрия Na2Si2O5. Структура диметакремниевой кислоты состоит из слоев, образованных шестичленными кольцами тетраэдров [SiO4]. Эти слои скреплены ионами водорода. При нагревании до 220°С происходит потеря воды и кристаллическая решетка диметакремниевой кислоты разрушается.

Метакремниевая кислота Н2SiО3 аморфна и менее устойчива, чем диметакремниевая кислота. Она может быть получена действием 80%-ной серной кислоты на кристаллические силикаты М2SiО3 при температуре, несколько превышающей 0°С. При повышении температуры происходит дегидратация:

2SiO3 → H2Si2O5 + H2O.

Ортокремниевая кислота Н4SiО4 хорошо растворима в воде, образуется при гидролизе галогенидов и сульфидов кремния, а также при взаимодействии Na4SiО4 с холодной разбавленной соляной кислотой. Константы диссоциации ортокремниевой кислоты: КдI = 2, 2·10–10, КдII = 2·10–12, КдIII = 1·10–12, КдIV < 1·10–12. Таким образом, ортокремниевая кислота слабее угольной. Поэтому углекислый газ в присутствии воды разрушает силикаты (при комнатной температуре), но с увеличением температуры ортокремниевая кислота способна разрушать карбонаты.

При стоянии ортокремниевая кислота более или менее быстро полимеризуется, образуя коллоидные растворы. Состав химических соединений, образующихся в процессе полимеризации, очень сложен, и механизм этого процесса изучен недостаточно.

Ортокремниевая кислота может присутствовать в растворе как в мономерной форме, образуя истинные растворы, так и в полимеризованном виде, образуя коллоидные растворы (золи).

Большинство солей кремниевой кислоты – силикатов – не окрашены, отличаются тугоплавкостью и практически нерастворимы в воде. К числу немногих растворимых производных кремниевой кислоты относятся силикаты щелочных металлов. Из растворимых силикатов наибольшее значение имеет метасиликат натрия. Эту соль часто называют растворимым стеклом, а ее водные растворы – жидким стеклом. Водные растворы силикатов химически активны, обладают клейкостью и вяжущими свойствами. Растворимые силикаты в растворах сильно гидролизованы.В закрытой посуде эти растворы хорошо сохраняются, а на воздухе разлагаются под действием углекислого газа:

Na2SiO3 + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2SiO3.

Нерастворимые силикаты исключительно распространены в природе. Природные силикаты отличаются разнообразием составов и структур. Как и в кремнеземе и кремниевых кислотах, основной структурной единицей силикатов является тетраэдрическая группировка [SiO4]4–. Тетраэдры могут объединяться попарно [Si2O7]6–, образовывать кольца из трех [Si3O9]6–, четырех [Si4O12]8–, шести [Si6O18]12– тетраэдров. Эти сравнительно простые структурные образования могут объединяться в цепи, ленты, слои, островки и координационные структуры.

Гидроксид германия (IV) (германиевая кислота) GeО2·nН2О образуется при растворении оксида германия (IV) в воде. Константа диссоциации GeО2·nН2О по кислотному типу составляет»10–7 – 10–9.

Соли германиевой кислоты – мета- и ортогерманаты (Na2GeO3, Mg2GeO4) можно получить в кристаллическом состоянии. Структура их аналогична структурам соответствующих мета- и ортосиликатов. Метагерманаты щелочных металлов растворимы в воде, в растворе сильно гидролизованы.

Гидроксиды олова и свинца

Гидроксиды состава Sn(OH)2 и Рb(ОН)2 неизвестны. Вместо них в реакциях растворимых солей олова и свинца (II) с гидроксидами щелочных металлов выделяются белые, малорастворимые в воде студенистые осадки состава Э6О4(ОН)4, что вызвано полимеризацией мономерных гидроксидов с одновременным выделением части воды: 6Рb(ОН)2 → Рb6О4(ОН)4 + 4Н2О.

Гидроксид-оксиды олова и свинца обладают амфотерными свойствами:

Sn6O4(OH)4 + 12HCl → 6SnCl2 + 8H2O; Sn6O4(OH)4 + 24КОН + 4Н2О → 6К4[Sn(ОН)6].

У гидроксид-оксида олова сильнее выражены кислотные свойства, а у гидроксид-оксида свинца – основные.

Соли двухвалентного олова и станниты в растворе сильно гидролизованы. При нагревании растворов станнитов гидролиз усиливается: Na4[Sn(OH)6] SnO¯ + 4NaOH + H2O.

Гидроксид-оксиды олова и свинца проявляют восстановительные свойства:

Рb6О4(ОН)4 + 6Сl2 + 4Н2О → 6РbО2 + 12НСl.

Гидроксид олова (IV) получается при действии разбавленных кислот и даже углекислого газа на гексагидроксостаннаты. В первый момент, видимо, получается кислота Н2[Sn(ОН)6], которая тотчас же распадается на ортооловянную и метаоловянную кислоты:

Н2[Sn(ОН)6]

 

Н4SnO4 (H2SnO3)n; n = 0 ¸ 5

 

SnO2·xН2О

Свежеосажденная ортооловянная кислота Н4SnO4 взаимодействует и с кислотами и со щелочами: Н4SnO4 + 2КОН → К2[Sn(ОН)6]; Н4SnO4 + 4НСl → SnCl4 + 4Н2О.

С течением времени она становится менее активной, постепенно превращаясь в метаоловянную кислоту (H2SnO3)n, на которую почти не действуют ни кислоты, ни основания. Обе кислоты, теряя воду, переходят в нестехиометрический гидратированный диоксид олова SnO2·xН2О.

Ортооловянная кислота получается также при низкотемпературном гидролизе хлорида олова (IV) и действии на него водных растворов щелочей и аммиака. Метаоловянная кислота образуется при высокотемпературном гидролизе хлорида олова (IV) и по реакции олова с азотной кислотой.

Гидратированный диоксид свинца PbО2·хН2О получается при гидролизе плюмбатов, при действии на их растворы разбавленных кислот и даже СО2:

К2[Pb(ОН)6](р-р) + СО2 → РbО2¯ + К2СО3 + 3Н2О

и окислении солей свинца в водных растворах. Гидроксида определенного состава, по-видимому, не существует.

Изменение свойств гидроксидов элементов главной подгруппы IV группы показано в табл. 4.4.

Таблица 4.4


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.008 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал