Амфотерные гидроксиды

Амфотерность

Амфотерность — это своего рода химическая амбивалентность, которая означает, что все амфотерное может быть связано с проявлением характеристик противоположных сторон, в данном случае с реакцией веществ как с кислотами, так и с основаниями. Это означает, что такой гидроксид, помещенный в среду сильного основания, будет реагировать аналогично кислоте. Результатом этой реакции будет соответствующая соль, кислотный остаток которой будет получен из амфотерного гидроксида. С другой стороны, если соединение вступает в реакцию в сильно кислой среде, оно будет вести себя как основание. Такая реакция будет стремиться к образованию солевого соединения, катионом которого будет металл, полученный из используемого гидроксида.

Примеры амфотерных гидроксидов

Наиболее известными амфотерными гидроксидами являются: гидроксид алюминия, гидроксид цинка, гидроксид хрома (III), гидроксид меди (II). Однако существует множество других, включая гидроксид бериллия, гидроксид свинца и гидроксид сурьмы. Такие соединения, вопреки сложившейся тенденции, не имеют кристаллической структуры. Они образуют коллоидные осадки, которые очень плохо растворимы в воде.

Реакции амфотерных гидроксидов

В зависимости от условий соединения этого типа вступают в реакции как с сильными кислотами, так и с основаниями. Общее обозначение:

1. Амфотерный гидроксид + кислота → соль + вода
2. Амфотерный гидроксид + основание → гидроксокомплекс (соль)

В обоих случаях продуктом реакции является соль, но в реакциях с основаниями это комплексы, в которых анион также состоит из металла, полученного из гидроксида. Примеры реакций с гидроксидом алюминия:

1. Al(OH)₃ + 3 HCl → AlCl₃ + 3H₂O
2. Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Как определить, являются ли гидроксиды амфотерными?

Самый простой способ найти соединения этого типа в периодической таблице — связать природу оксидов с их положением в ней. В периоде слева направо кислотные свойства оксидов усиливаются, поэтому группа I, в частности, имеет щелочные тенденции и производит такие оксиды, а при реакции с водой продуктами являются основные гидроксиды. В самом правом краю, за исключением инертных газов, расположены элементы, ориентированные на кислотные оксиды. Поскольку оксиды и, соответственно, амфотерные гидроксиды обладают некоторыми свойствами каждого из них, можно ожидать, что они будут находиться где-то в промежуточных группах. Следует отметить, что амфотерные оксиды имеют подобные пропорции щелочного и кислотного характера.

Изменение характера оксидов в периодах

Начиная с группы 1. — натрий, реагирует с водой, давая в качестве продукта сильное основание; магний, который находится в соседней с ним группе (2.), также образует с ней основной гидроксид, но уже не такой сильный — это свидетельствует о несколько большей доле кислотных свойств Mg по сравнению с Na. Другим элементом из группы 13 является алюминий, который проявляет еще одни свойства — его оксид при контакте с водой дает гидроксид, который является очень слабым основанием, но реагирует также с сильными основаниями по тому же механизму, что и совершенно типичные кислоты. Группа 14 включает, в частности, кремний, оксид которого реагирует исключительно с основаниями, а это означает, что его кислотные и основные свойства распределяются по долям больше в сторону кислотных. Для сравнения: в соединении кислорода с алюминием эти доли очень близки друг к другу, что позволяет ему несколько изменяться и адаптировать свою реакцию к среде, в которой находится. В следующих группах, 15 и 16, аналогично; фосфор, например, образует кислотные оксиды и имеет очень малые доли щелочных свойств, в то время как сера, например, практически не имеет их.

Изменение характера оксидов в группах

О положении элемента по отношению к группе свидетельствует и его электроотрицательность, которая увеличивается по мере спуска во все более низкие периоды. Для примера, бор, который является неметаллом, образует оксид с кислотным характером, в то время как алюминий, расположенный ниже его, способен реагировать в направлении как сильных оснований, так и кислот, а находящиеся последовательно галлий, индий и таллий, в соответствии с тенденцией усиления металлического характера, также образуют все более сильные основные оксиды. Оксид таллия, Tl₂O, уже является полностью основным, обладая незначительной долей кислотных свойств в реакции.

Влияет ли электроотрицательность на природу кислородных соединений?

Рассматривая оксиды с амфотерным характером, легко заметить, что разница в электроотрицательности составляющих их элементов колеблется в пределах 1,4–2,0, а пропорции поляризованной ковалентной и ионной связей схожи. На практике амфотерность соединения определяется путем электролитической диссоциации, а в случае такой близкой электроотрицательности металла и кислорода, а также связи гидроксильной группы возможны два различных — аналогично диссоциации сильного основания и кислоты — пути. Это означает, что в кислой среде они диссоциируют на катион металла и анионы OH^—, а в основной среде — на анион металла MOn^n- и катионы H₃O⁺.

Влияет ли степень окисления на амфотерность?

Зависимость между степенью окисления элемента и его характером имеет восходящую направленность в сторону кислотности. Это означает, что чем ниже степень окисления, тем больше склонность элемента к щелочности. В случае многовалентных веществ, таких как хром или марганец, возможно обладание характером, направленным в обе стороны. Марганец, имеющий возможные валентности II, III, IV, V, VI, VII, проявляет целый спектр долей свойств. Срединное значение, IV, предполагает амфотерность, более низкие значения — щелочной характер, более высокие значения — все более сильную долю кислотного характера. Следовательно, оксид марганца в VII степени окисления при реакции с водой образует довольно сильную кислоту HMnO₄. Для сравнения: оксиды марганца и меди находятся в одной группе, но оксид меди, лежащий в группе правее от марганца, проявляет более сильный кислотный характер. Однако из-за склонности марганца к изменению соотношения отдельных свойств, на стадии окисления III (Mn₂O₃) его кислотность уже приближается к CuO.