Бінарні сполуки - це речовини, які утворені двома різними хімічними елементами. Цей термін застосовують при позначенні якісного і кількісного складу неорганічних з'єднань.
Бінарні хімічні сполуки вважаються важливим об'єктом у вивченні природи речовин. При їх описі використовують такі поняття: поляризація зв'язку, ступінь окислення, валентність. Ці хімічні терміни дозволяють зрозуміти суть утворення хімічного зв'язку, особливості будови неорганічних речовин.
Розгляньмо основні класи бінарних сполук, особливості їх хімічної будови та властивості, деякі області їх промислового застосування.
Оксиди
Цей клас неорганічних речовин є найпоширенішим у природі. Серед відомих представників цієї групи з'єднань виділимо:
- оксид кремнію (річковий пісок);
- оксид водню (вода);
- вуглекислий газ;
- глина (оксид алюмінію);
- залізняки (оксиди заліза).
Такі бінарні сполуки - це складні речовини, у складі яких обов'язково присутній кисень, що проявляє ступінь окислення - 2.
Агрегатний стан віксидів
З "єднання міді, кальцію, заліза є кристалічними твердими речовинами. Такий самий агрегатний стан мають оксиди деяких неметалів, наприклад шестивалентної сірки, п'ятивалентного фосфору, кремнію. Рідиною за нормальних умов є вода. Переважна більшість кисневих сполук неметалів є газами.
Особливості освіти
Багато бінарних кисневих сполук утворюються в природі. Наприклад, під час згорання палива, дихання, гниття органічних речовин формується вуглекислий газ (оксид вуглецю 4). У повітрі його об'ємний вміст становить близько 0,03 відсотків.
Подібні бінарні сполуки - це продукти діяльності вулканів, а також складова частина мінеральної води. Вуглекислий газ не підтримує горіння, тому ця хімічна сполука застосовується для гасіння пожеж.
Летючі водневі сполуки
Такі бінарні сполуки - це важлива група речовин, у складі яких присутній водень. Серед представників, які мають промислове значення, відзначимо метан, воду, сірководень, аміак, а також галогеноводороди.
Частина летючих водневих сполук присутня в ґрунтових водах, живих організмах, тому можна вести мову про їх геохімічну та біохімічну роль.
Щоб складати бінарні сполуки такого виду, на перше місце ставлять водень, що має валентність. В якості другого елемента виступає неметал, що має негативний ступінь окислення.
Для розстановки індексів у бінарному з'єднанні між валентностями визначається найменше загальне кратне. Кількість атомів кожного елемента визначають шляхом поділу його на валентності кожного елемента, що входить до складу з'єднання.
Хлороводень
Розглянемо формули бінарних сполук: хлороводню та аміаку. Саме ці речовини мають значення для сучасної хімічної промисловості. HCl при нормальних умовах є газоподібним з'єднанням, добре розчинним у воді. Після розчинення газоподібного хлороводню утворюється соляна кислота, яку використовують у багатьох хімічних процесах і виробничих ланцюжках.
Ця бінарна сполука міститься в шлунковому соку людини і тварин, є бар'єром для хвороботворних мікробів, що проникають з їжею в шлунок.
Серед основних областей застосування соляної кислоти виділимо отримання хлоридів, синтез хлоровмісних продуктів, травлення металів, очищення труб від оксидів і карбонатів, шкіряне виробництво.
Аміак, який має формулу NH3, є безбарвним газом, що володіє специфічним різким запахом. Його необмежена розчинність у воді дозволяє отримувати нашатирний спирт, затребуваний у медицині. У природі ця бінарна сполука утворюється в процесі гниття органічних продуктів, у складі яких присутній азот.
Класифікація віксидів
Кисневмісна бінарна сполука металу, що має валентність 1 або 2, є основним оксидом. Наприклад, до цієї групи відносять оксиди лужних і лужноземельних металів.
Оксиди неметалів, а також металів з валентністю більше 4, є кислотними сполуками.
Залежно від хімічних властивостей представників даного класу ділять на солорідні та несолеобразуючі групи.
Серед типових представників другої групи відзначимо чадний газ (CO), оксид азоту 1 (NO).
Формування систематичних назв з "єднань
Серед завдань, що пропонуються випускникам, які складають державний іспит з хімії, є й таке: «Складіть молекулярні формули можливих бінарних кисневих сполук сірки (азоту, фосфору)». Для того щоб впоратися з поставленим завданням, необхідно мати уявлення не тільки про алгоритм, а й про особливості номенклатури даного класу неорганічних речовин.
При формуванні найменування бінарного з'єднання спочатку вказують елемент, який у формулі розташовується праворуч, додаючи суфікс «ід». Далі вказують назву першого елемента. Для ковалентних з'єднань додаються приставки, за якими можна встановити кількісне співвідношення між складеними частинами бінарного з'єднання.
Наприклад, SO3 - тріоксид сірки, N2O4 - тетроксид діазоту, I2CL6 - гексахлорид діоду.
Якщо в бінарній сполуці присутній хімічний елемент, здатний проявляти різні ступені окислення, після назви сполуки в круглих дужках вказують стан окислення.
Наприклад, два з'єднання заліза відрізняються за назвою: FeCL3 - оксид заліза (3), FeCL2 - оксид заліза (2).
Для гідридів, зокрема неметалевих елементів, користуються тривіальними назвами. Так, H2O - вода, HCL - хлороводень, HI - йодоводень, HF - плавикова кислота.
Катіони
Позитивним іонам тих елементів, які здатні утворювати тільки один стійкий іон, дають такі ж назви, як і у самих символів. До них належать усі представники першої та другої груп періодичної системи Менделєєва.
Наприклад, катіони натрію і магнію мають вигляд: Na+, Mg2+. Перехідні елементи здатні утворювати кілька видів катіонів, тому в назві необхідно вказувати валентність, яка проявляється в кожному окремому випадку.
Аніони
У простих (одноатомних) і комплексних (багатоатомних) аніонів застосовується суфікс-ід.
Поширеним віксоаніоном певного елемента є суфікс -ам. Для віксоаніону елемента, що знаходиться у формулі з меншим ступенем окислення, застосовується суфікс -ит. Для мінімального стану окислення використовується приставка гіпо-, а для максимального значення - пер-. Наприклад, іон O2- є оксид-іоном, а О- - пероксидом.
Існують і різноманітні тривіальні назви гідридів. Наприклад, N2H4 називають гідразином, а PH3 називають фосфіном.
Серосмісні вікна мають такі назви:
- SO42- - сульфат;
- S2O32- - тіосульфат;
- NCS- тиоцианат.
Солі
У багатьох підсумкових тестах з хімії пропонується наступне завдання: «Складіть формули бінарних сполук металів». Якщо у складі таких сполук є аніони хлору, брому, йоду, такі сполуки називають галогенідами, відносять до класу солей. При складанні формул цих бінарних сполук на перше місце ставиться метал, потім відповідний галогенід-іон.
Для визначення кількості атомів кожного елемента знаходять найменше кратне між валентностями, при поділі отримують індекси.
У таких сполук висока температура плавлення і кипіння, хороша розчинність у воді, при нормальних умовах вони є твердими речовинами. Наприклад, хлориди натрію і калію входять до складу морської води.
Поварену сіль люди застосовують з давніх часів. В даний час використання цього бінарного з'єднання не обмежується вживанням в їжу. При електролізі водного розчину хлориду натрію отримують металевий натрій і газоподібний хлор. Ці продукти використовуються в різних виробничих процесах, наприклад для отримання гідроксиду натрію, хлороводню.
Значення бінарних з "єднань
До цієї групи відноситься величезна кількість речовин, тому можна з упевненістю говорити про масштабність їх використання в різних сферах людської діяльності. Аміак у хімічній промисловості застосовують як прекурсор при виготовленні азотної кислоти, виробництві мінеральних добрив. Саме цю бінарну сполуку застосовують у тонкому органічному синтезі, довгий час використовували в холодильних установках.
Завдяки унікальній твердості карбіда вольфрама, ця сполука знайшла застосування у виготовленні різноманітного ріжучого інструменту. Хімічна інертність цієї бінарної сполуки дозволяє застосовувати її в агресивних середовищах: лабораторному обладнанні, печах.
«Веселящий газ» (оксид азоту 1) у суміші з киснем використовується в медицині для загального наркозу.
Всі бінарні сполуки мають ковалентний або іонний характер хімічного зв'язку, молекулярну, іонну або атомну кристалічну решітку.
Ув'язнення
При складанні формул бінарних з'єднань необхідно дотримуватися певного алгоритму дій. Спочатку записується елемент, який виявляє позитивний ступінь окислення (має менше значення електричної від'ємності). При визначенні значення ступеня окислення у другого елемента з восьми віднімають номер групи, в якому він знаходиться. Якщо отримані числа відрізняються між собою, визначається найменше загальне кратне, потім обчислюються індекси.
Крім оксидів, до цих сполук зараховують карбіди, силіциди, пероксиди, гідриди. Карбіди алюмінію і кальцію використовують для лабораторного отримання метану і ацетилену, пероксиди використовують в хімічній промисловості в якості сильних окислювачів.
Такий галогенід, як фтороводень (плавикова кислота), використовується в електротехніці при паянії. Серед найважливіших бінарних сполук, без яких важко уявити собі існування живих організмів, лідирує вода. Особливості будови цієї неорганічної сполуки детально вивчаються в шкільному курсі хімії. Саме на її прикладі хлопці отримують уявлення про послідовність дій при складанні формул бінарних сполук.
На закінчення відзначимо, що складно знайти таку сферу сучасної промисловості, область людського життя, де б не застосовувалися різноманітні бінарні сполуки.