Амфотерні оксиди та гідроксиди: фізичні та хімічні властивості, отримання, застосування

Існує три основні класи неорганічних хімічних сполук: оксиди, гідроксиди та солі. Перші діляться на дві групи: несолеобразующие (к ним относятся угарный газ, закись азота, монооксид азота и т. д.) и солеобразующие, которые, в свою очередь, бывают основными, кислотными и амфотерными. Гідроксиди діляться на кислоти, підстави та амфотерні. Солі існують основні, кислі, середні та подвійні. Нижче будуть більш детально описані амфотерні оксиди і гідроксиди.

Що таке амфотерність?

Це здатність неорганічної хімічної речовини проявляти як кислотні, так і основні властивості, залежно від умов реакції. До речовин, які мають такі особливості, можуть відноситися оксиди і гідроксиди. Серед перших можна назвати оксид і діоксид олова, берилію, марганцю, цинку, заліза (ІІ), (ІІІ). Амфотерні гідроксиди представлені такими речовинами: гідроксид берилію, алюмінію, заліза (ІІ), метагідроксид заліза, алюмінію, дигідроксид-оксид титану. Найбільш поширеними і часто використовуваними з перерахованих вище сполук є оксид заліза і алюмінію, а також гідроксиди цих металів.

Хімічні властивості амфотерних оксидів

Амфотерні оксиди мають одночасно як властивості кислотних, так і основних сполук. Як кислотні, вони можуть взаємодіяти з лужами. За такого типу реакцій утворюються сіль і вода. Також вони вступають у хімічну реакцію з основними оксидами. Виявляючи свої основні властивості, вони вступають у взаємодію з кислотами, внаслідок чого утворюються сіль і вода, а також з кислотними оксидами, завдяки чому можна отримати сіль.

Приклади рівнянь реакцій, в яких беруть участь амфотерні оксиди

АІ2О3 + 2КОН = 2КАІО2 + Н2О - ця реакція показує кислотні властивості амфотерних оксидів. 2АІ2О3 + 6НСІ = 4АІСІ3 + 3Н2О; АІ2О3 + 3СО2 = АІ2 (СО3) 3 - ці рівняння є прикладом основних хімічних властивостей таких оксидів.

Хімічні властивості амфотерних гідроксидів

Вони можуть вступати в хімічну взаємодію як з сильними кислотами, так і з лужами, а деякі з них реагують також зі слабкими кислотами. Всі вони при впливі високих температур розпадаються на оксид і воду. При реакції амфотерного гідроксиду з кислотою утворюються сіль і вода. Всі такі гідроксиди нерозчинні у воді, тому можуть реагувати тільки з розчинами певних сполук, але не з сухими речовинами.

Фізичні властивості амфотерних оксидів, способи їх отримання та застосування

Оксид ферума (ІІ) - мабуть, найпоширеніший амфотерний оксид. Способів його отримання існує досить багато. Він широко використовується в промисловості. Інші амфотерні оксиди також застосовуються в багатьох галузях: від металургії до харчової промисловості.

Вигляд, отримання та використання ферум (ІІ) оксиду

Він є твердою речовиною чорного кольору. Його кристалічна решітка схожа з ґратами харчової солі. У природі його можна знайти у вигляді мінералу вюститу.
Цю хімічну сполуку отримують чотирма різними способами. Перший - відновлення оксиду заліза (ІІІ) з використанням чадного газу. При цьому, змішавши однакову кількість цих двох речовин, можна отримати дві частини оксиду заліза (ІІ) і одну - вуглекислого газу. Другий метод отримання - взаємодія заліза з його оксидами, наприклад, ферум (ІІІ) оксидом, при цьому не утворюється ніяких побічних продуктів.

Однак для такої реакції необхідно створити умови у вигляді високої температури - 900-1000 градусів за Цельсієм. Третій спосіб - реакція між залізом і киснем, в цьому випадку утворюється тільки оксид заліза (ІІ). Для здійснення даного процесу також знадобиться нагрівання вихідних речовин. Четвертим методом отримання є оксалата двовалентного заліза. Для такої реакції необхідна висока температура, а також вакуум. У результаті утворюються ферум (ІІ) оксид, вуглекислий і чадний газ у співвідношенні 1:1:1. З написаного вище можна зробити висновок, що найпростішим і таким, що не потребує спеціальних умов, є перший спосіб отримання цієї речовини. Застосовують оксид заліза (ІІ) для виплавки чавуну, також він є однією зі складових деяких барвників, використовується в процесі чорнення сталі.

Оксид заліза (ІІІ)

Це не менш поширений амфотерний оксид, ніж описаний вище. При нормальних умовах він являє собою тверду речовину, що має червоно-коричневий колір. У природі може зустрітися у вигляді мінералу гематиту, який використовується у виготовленні прикрас. У промисловості ця речовина отримала широке застосування: його використовують для фарбування деяких будівельних матеріалів, таких як цегла, тротуарна плитка і т. д., у виготовленні фарб, у тому числі поліграфічних, і емалей. Також розглянута речовина служить харчовим барвником під назвою Е172. У хімічній галузі його застосовують при виробництві аміаку в якості каталізатора.

Оксид алюмінію

Амфотерні оксиди також включають у свій список і оксид алюмінію. Ця речовина за нормальних умов має твердий стан. Колір цього оксиду білий. У природі його частину можна зустріти у вигляді глинозему, а також сапфіра і рубіна. Використовується в основному в хімічній промисловості як каталізатор. Але також його застосовують і у виготовленні кераміки.

Оксид цинку

Ця хімічна сполука також має амфотерність. Ця тверда речовина, яка не має кольору, у воді не розчиняється. Отримують його в основному за допомогою розкладання різних сполук цинку. Наприклад, його нітрату. При цьому виділяється оксид цинку, діоксид азоту і кисень. Також можна добути цю речовину за допомогою розкладання карбонату цинку. При такій реакції, крім потрібного з 'єднання, виділяється ще й вуглекислий газ. Також можливий розпад гідроксиду цинку на його оксид і воду. Для того щоб здійснити всі три вище перелічених процеси, потрібен вплив високої температури. Застосовують оксид цинку в різних галузях промисловості, наприклад, у хімічній (як каталізатор) для виготовлення скла, в медицині для лікування шкірних дефектів.

Оксид берилія

Отримують його в основному шляхом термічного розкладання гідроксиду даного елемента. При цьому також утворюється вода. Він має вигляд твердої безбарвної речовини. Застосування свого цього оксиду знаходить у різних галузях промисловості як термостійкий матеріал.

Оксид олова

Має темний колір, володіє твердим станом при нормальних умовах. Отримати його можливо, як і багато інших амфотерних оксид, за допомогою розкладання його гідроксиду. В результаті утворюється розглянута речовина і вода. Для цього також потрібен вплив високої температури. Використовується дана сполука в хімічній промисловості в якості відновлювача в окислювально-відновлювальних реакціях, рідше застосовується як каталізатор.

Властивості, отримання та застосування амфотерних гідроксидів

Амфотерні гідроксиди використовуються не менш широко, ніж оксиди. Завдяки своїй різнобічній хімічній поведінці вони в основному застосовуються для отримання всіляких сполук. Крім того, гідроксид заліза (безбарвна тверда речовина) використовується у виготовленні акумуляторів; гідроксид алюмінію - для очищення води; гідроксид берилію - для отримання оксиду.