Генетические ряды

Генетические ряды химических соединений

Вещества одного класса в результате химических превращений могут превращаться в вещества другого класса, но при этом содержать один и тот же химический элемент, например:

простое вещество → оксид → кислота → соль;

простое вещество → оксид → щелочь → соль.

Генетическая связь – это связь между веществами различных классов, основанная на их взаимопревращениях и отражающая единство их происхождения, т. е. генезис веществ.

Различают генетическую связь металлов и генетическую связь неметаллов.

Проиллюстрируем генетическую связь между классами соединений на примерах генетических рядов металлов и неметаллов. При составлении уравнений реакций будем учитывать как общие, так и специфические свойства и способы получения веществ различных классов:

Рис. 1. Генетические ряды металлов и неметаллов

Однако предложенная схема отражает не все, а только наиболее типичные взаимосвязи между различными классами неорганических веществ, так как не все вещества можно получить прямым методом. Так, кислород непосредственно не взаимодействует с серебром, золотом, платиной, галогенами. Оксиды этих элементов получают косвенным путём.

Взаимодействие азота с кислородом приводит к образованию несолеобразующего оксида азота (Ⅱ), остальные оксиды азота получают другими методами.

Следует учесть также, что не все основные и кислотные оксиды взаимодействуют с водой с образованием соответствующих гидроксидов (оснований или кислот). Так, чтобы получить гидроксиды неактивных и малоактивных металлов, оксид сначала следует перевести в соль путём его взаимодействия с кислотой, а затем на полученную соль подействовать раствором щелочи. Например, для получения гидроксида железа (Ⅱ) можно сначала на оксид железа (Ⅱ) подействовать соляной (но не азотной и не концентрированной серной!) кислотой, а затем добавить к полученной соли гидроксид калия:

Аналогично, слабую нерастворимую кремниевую кислоту нельзя получить при взаимодействии  с водой. Сначала оксид кремния (Ⅳ) обрабатывают щелочью, получая растворимую соль — силикат, на который затем действуют кислотой:

Проиллюстрируем генетическую связь между классами соединений на примерах генетических рядов металлов и неметаллов. При составлении уравнений реакций будем учитывать как общие, так и специфические свойства и способы получения веществ различных классов.

Генетическая связь (генетический ряд) металлов

а) металл → основный оксид → растворимое основание (щёлочь) → соль

Оксид кальция можно получить путём взаимодействия кальция с кислородом:

Оксиды щёлочноземельных металлов, к которым принадлежит кальций, взаимодействуют с водой с образованием растворимых оснований:

Соль — фосфат кальция — можно получить при взаимодействии гидроксида кальция с ортофосфорной кислотой:

б) металл → основный (или амфотерный) оксид → соль → нерастворимый гидроксид металла → основный (или амфотерный) оксид  → металл

Оксид меди (Ⅱ) - амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Оксид меди (Ⅱ) можно получить путём взаимодействия меди с кислородом:

Чтобы получить нерастворимый гидроксид меди (Ⅱ), надо сначала на оксид меди (Ⅱ) подействовать кислотой и получить растворимую соль меди (Ⅱ):

Нерастворимый гидроксид  можно получить из растворимой соли  действием на неё раствором щёлочи:

Нерастворимые гидроксиды металлов разлагаются при нагревании с образованием оксида металла и воды:

Восстановить медь из её оксида можно с помощью водорода, пропуская его над нагретым оксидом:

Генетическая связь (генетический ряд) неметаллов

а) неметалл → кислотный оксид → растворимая кислота → соль

Оксид фосфора (Ⅴ) получают, сжигая фосфор в избытке кислорода:

Кислотные оксиды взаимодействуют с водой с образованием кислот:

Соль из кислоты можно получить при её взаимодействии с соответствующим основанием — гидроксидом калия:

б) неметалл → кислотный оксид → соль → нерастворимая кислота → кислотный оксид → неметалл

Оксид кремния (Ⅳ) получается при сжигании кремния в кислороде:

Затем надо получить растворимый силикат, например силикат калия, для чего можно сплавить оксид кремния (Ⅳ) со щёлочью:

Нерастворимую кремниевую кислоту получают, действуя на полученный силикат калия кислотой, например азотной:

Кремниевая кислота разлагается при нагревании:

Кремний из оксида кремния (Ⅳ) можно получить путём восстановления, используя в качестве восстановителя, например уголь: