Какое из веществ проявляет амфотерные свойства

Амфоте́рность (от др.-греч. ἀμφότεροι «двоякий, двойственный; обоюдный») — способность некоторых химических веществ и соединений проявлять в зависимости от условий как кислотные, так и осно́вные свойства.

Понятие амфоте́рность как характеристика двойственного поведения вещества было введено в 1814 г. Ж. Гей-Люссаком и Л. Тенаром. А. Ганч в рамках общей химической теории кислотно-основных взаимодействий (1917-1927 гг.) определил амфоте́рность как «способность некоторых соединений проявлять как кислотные, так и основные свойства в зависимости от условий и природы реагентов, участвующих в кислотно-основном взаимодействии, особенно в зависимости от свойств растворителя»[1].

Амфотерны гидроксиды таких элементов главных подгрупп, как бериллий, алюминий, галлий, мышьяк, сурьма, селен и др., таких элементов побочных подгрупп как хром, цинк, молибден, вольфрам и многих других. Обычно в химическом поведении гидроксидов преобладает или кислотный, или основный характер[2].

Амфотерность как химическое свойство[править | править код]

Амфотерность как химическое свойство вещества может проявляться по-разному:

1. В рамках теории электролитической диссоциации это способность вещества к электролитической диссоциации как по механизму кислот (с отщеплением ионов гидроксония, H+ ), так и по механизму оснований (отщепление гидроксид-ионов, OH– ). Электролиты, которые в растворе ионизируются одновременно по кислотному и основному типам называются амфолитами[3]. Если обозначить амфотерный электролит формулой XOH, то его диссоциацию можно описать схемой:

Например, кислотно-основные свойства азотистой кислоты определяются равновесными процессами диссоциации с образованием нитрит-аниона и нитрозильного катиона:

Идеальным амфолитом будет вода:

Также к числу идеальных амфолитов относят гидроксид галлия Ga(OH)3, вторые и третьи константы диссоциации которого по кислотному и основному типам практически одинаковы[2].

2. В рамках протолитической теории Брёнстеда-Лоури проявление амфотерности рассматривается как способность протолита выступать донором и акцептором протона. Например, для воды амфотерность проявляется как автопротолиз[4]:

Амфолитами также будут вещества, имеющие в своём составе функциональные группы, способные быть донорами и акцепторами протонов. Например, к амфотерным органическим электролитам относятся белки, пептиды и аминокислоты. Так аминокислоты имеют в своём составе, по крайней мере, карбоксильную группу –COOH и аминогруппу –NH2. В растворе эти группы подвергаются частичной ионизации:

Таким образом, молекула аминокислоты находится в двух равновесных формах, заряженной (цвиттер-ион) и незаряженной. В этих комбинациях R–COOH и R–NH3+ являются потенциальными кислотами (донорами протонов, катионов), а R–COO– и R–NH2 – сопряженными потенциальными основаниями (акцепторами протонов, катионов).

3. Амфотерность может проявляться как способность вещества к взаимодействию как с кислотами, так и с основаниями. Это характерно для оксидов, гидроксидов и комплексных соединений некоторых p-элементов и большинства d-элементов в промежуточных степенях окисления. Амфотерность в той или иной степени является общим свойством гидроксидов[3]. Например, для соединений хрома (III) известны реакции[5]:

Не соответствуют действительности традиционные представления о проявлении амфотерности гидроксидов как диссоциации по кислотному и основному типам[2]. В общем виде амфотерное поведение нерастворимых гидроксидов хрома (III), алюминия, цинка может быть описано как реакции ионного обмена ионов среды с лигандами H2O и OH–. Например, для Al(OH)3 ионные равновесия могут быть записаны следующим образом:

4. В ряде случаев важным косвенным признаком амфотерности является способность элемента образовывать два ряда солей, катионного и анионного типа[6]. Например, для цинка: ZnCl2, [Zn(H2O)4]SO4 (катионные) и Na2ZnO2, Na2(Zn(OH)4) (анионные).

Ссылки[править | править код]

• Амфотерный // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Литература[править | править код]

• Амфотерные гидроксиды и их поведение в водных растворах / Корольков Д. В. Основы неорганической химии. — М.: Просвещение, 1982. — 271 с.
• Кислотные и основные свойства / Общая химия. Под ред. Е. М. Соколовской и Л. С. Гузея. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989. — 640 с. ун-та, 1989. — 640 с

Примечания[править | править код]

Амфотерные металлы — группа простых элементов, которые похожи с материалами из металлической группы. Сходства проявляются в свойствах, характеристиках. Сами по себе компоненты из металлической группы не проявляют подобных свойств, но их соединения часто становятся амфотерными.

Амфотерные металлы

Какие элементы относятся к амфотерным?

Амфотерными называют — соединения, которые проявляют химическую двойственность. Они делятся на 3 группы:

1. Оксиды — Cu2O, Cr2O, PbO2, PbO, SnO
2. Гидроксиды — Al(OH)3, Fe(OH)3, Zn(OH)2.

К третьей группе относятся металлы — алюминий, медь, железо, цинк, бериллий, свинец и т. д. Они занимают значительную часть в периодической таблице Менделеева и находятся под порядковыми номерами — 22–32, 40–51. Другие идут по отдельности.

Представители металлов:

1. Железо. Относится к группе амфотерных. Представляет собой простое вещество. Характерные свойства — серебристо-белый цвет, ковкость, универсальность. Если поместить железо в чистый кислород, оно полностью перегорит, а если сделать его мелкодисперсным, может произойти самовозгорание на открытом воздухе. Оксид железа образуется при его горении в среде, насыщенной чистым кислородом. Он представляет собой окалину.
2. Алюминий. На открытом воздухе покрывается прочной оксидной пленкой, которая защищает его от образования ржавчины. Если раздробить его до мелких частиц, начинает взаимодействовать с кислородом. При контакте с кислородом выделяется большое количество тепла. Если нагреть алюминий до 200°C, он начинает взаимодействовать серой. В результате такой реакции образуется сульфид алюминия.

Амфотерные металлы — простые элементы, которые являются аналогами группы веществ металлического типа. Сходства можно увидеть в химических, физических свойствах.

Свинец (Фото: Instagram / dielektrikum)

Получение

Для получения амфотерных металлов, ученые применяют тот же процесс, что при выделении нерастворимых в воде оснований. Перед проведением работ нужно получить больше информации о взаимодействии амфотерных соединений с щелочами, поскольку с помощью щелочного раствора будет выделяться металл.

Примеры:

1. Для получения гидроксида цинка нужно смешать раствор сульфата цинка с гидроксидом натрия.
2. Для получения гидроксида алюминия нужно смешать раствор сульфата алюминия с раствором гидроксида калия.
3. Для получения трехвалентных гидроксидов хрома, алюминия нужно смешать раствор карбоната с раствором на основе солей этих металлов.

Гидроксид алюминия (Фото: Instagram / ostroukh_roman)

Свойства

Свойства:

1. При сильном нагревании соединения распадаются на составляющие. Одновременно с этим выделяется амфотерный оксид.
2. При взаимодействии с щелочами образуются растворимые соли, с кислотами —растворимые соли с амфотерным катионом.
3. Они могут проявлять восстановительные, окислительные свойства.
4. Существуют определенные амфотерные металлы, которые имеют отрицательную степень окисления.

Чтобы понять химические свойства этих веществ, их нужно сравнить с обычными металлами. Они имеют множество похожих характеристик. Металлы могут образовывать оксиды, гидроксиды.

Амфотерные свойства могут проявлять металлы и неметаллы. Металлы могут отдавать электроны, которые располагаются на внешнем электронном облаке. Неметаллы притягивают их к себе.

Неметаллы не могут проводить тепло или электричество. Некоторые из них обладают такими способностями, но они незначительны. Металлы хорошо проводят электрический ток, тепло. Их используют для изготовления проводников, радиаторов.

В нормальных условия амфотерные соединения не растворяются в воде. Это твердые материалы с высокой прочностью. Выделить их основание можно после проведения химической реакции, в которой будут задействованы металлические соли, щелочь. Реакция опасна. Проводить ее нужно в специальном защитном снаряжении, медленно и аккуратно.

Большинство металлов этой группы взаимодействуют с щелочами, кислотами, легко поддаются обработке разными способами. Проявляют высокое электросопротивление, магнитные свойства.

Получение амфотерных оксидов (Фото: Instagram / lena._s1997)

Сферы применения:

1. Изготовление деталей для сейсмических и скоростных датчиков, часовых механизмов, крутящего момента.
2. Производство деталей для оборудования, которые будут взаимодействовать с агрессивными факторами.
3. Армирование труб высокого давления.
4. Кораблестроение, самолетостроение.
5. Производство бытовых приборов, инструментов. К ним относятся столовые приборы, рулетки, бритвенные лезвия, посуда для кухни.
6. Сборка видеозаписывающего оборудования.

С каждым годом появляется все больше химических соединений. Благодаря этому открываются новые амфотерные металлы. Их называют материалами будущего, но популярность их растет медленно. Связано это с высокой стоимостью, небольшими размерами готовых изделий.