Генетические ряды металлов и металлов

Обновлено: 07.07.2024

Как уже известно, существует четыре класса неорганических соединений. К ним относятся оксиды, основания, кислоты и соли. При подробном изучении способов получения каждого класса соединений можно проследить определенную взаимосвязь между всеми классами. Например, из кислот можно получить соли, из оксидов основания и так далее. Такая связь называется генетической.

Следовательно, генетическая связь – это связь между классами неорганических соединений, которая основана на получении веществ одного класса из веществ другого класса, а также их химических свойств.

На основании данной связи составляют генетические ряды, которые включают в себя представителей разных классов, но состоящие из одного элемента.

Генетическую связь можно представить в виде схемы.

Из данной схемы видно, что существует определенная взаимосвязь между классами. Основополагающими элементами генетического ряда являются либо металл, либо неметалл.

Для получения оксида необходимо осуществить взаимодействие металла либо неметалла с кислородом.
При взаимодействии с водой из основного оксида можно получить основание, а из кислотного – кислоту.
Соль образуется при различных реакциях между всеми классами неорганических соединений. Например, металл + неметалл, основный оксид + кислотный оксид, основание + кислота и так далее.

Можно выделить два типа генетических рядов, которые мы и рассмотрим.

1. Генетический ряд металла

Металл → Основный оксид → Основание → Соль

Ряд кальция: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → Ca Cl₂;
Ряд натрия: Na → Na₂O → NaOH → Na₃PO₄;
Ряд магния: Mg → MgO → Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂;
Ряд железа: Fe → FeO → Fe(OH)₂ → FeSO4.

Рассмотрим взаимосвязь в данных рядах на примере магния.

Для получения оксида магния из чистого металла, осуществим реакцию взаимодействия с кислородом.

При взаимодействии основного оксида с водой, в частности оксида магния, получим основание – гидроксид магния.

Для получения соли из нерастворимого основания, необходимо добавить кислоту.

2. Генетический ряд неметалла

Неметалл → Кислотный оксид → Кислота → Соль

Рассмотрим взаимосвязь в данных рядах на примере углерода.

Для получения оксида углерода осуществим реакцию взаимодействия с кислородом – горение. Протекает с выделением энергии.

При взаимодействии кислотного оксида с водой, в частности оксида углерода, получим угольную кислоту.

Для получения соли из кислоты, необходимо добавить основание.

Для составления генетических цепочек необходимо знать химические свойства каждого класса неорганических соединений, а также валентные возможности того элемента, который лежит в основе генетического ряда.

Генетические ряды металлов и металлов

Внимательно прочитайте теорию:

Давайте рассмотрим генетические связи и генетические ряды:

1. Все вещества этого ряда должны быть образованы одним химическим элементом. Например, ряд, записанный с помощью следующих формул:

нельзя считать генетическим, так как в последнем звене элемент бром отсутствует, хотя реакция для перехода от NaBr к NaNO₃ легко осуществима:

Этот ряд мог бы считаться генетическим рядом элемента брома, если бы его завершили, например, так:

3. Вещества, образующие генетический ряд одного элемента, должны быть связаны взаимопревращениями. По этому признаку можно различать полные и неполные генетические ряды.

Например, приведенный выше генетический ряд брома будет неполным, незавершенным. А вот следующий ряд:

уже можно рассматривать как полный: он начинается простым веществом бромом и им же заканчивается.

Обобщая сказанное выше, можно дать следующее определение генетического ряда:

Генетическим называют ряд веществ — представителей разных классов, являющихся соединениями одного химического элемента, связанных взаимопревращениями и отражающих общность происхождения этих веществ или их генезис.

Генетическая связь — понятие более общее, чем генетический ряд, являющийся пусть и ярким, но частным проявлением этой связи, которая реализуется при любых взаимных превращениях веществ. Тогда, очевидно, под это определение подходит и первый приведенный в тексте ряд веществ.

Для характеристики генетической связи неорганических веществ мы рассмотрим три разновидности генетических рядов: генетический ряд элемента-металла, генетический ряд элемента-неметалла, генетический ряд элемента-металла, которому соответствуют амфотерные оксид и гидроксид.

I. Генетический рад элемента-металла. Наиболее богат веществами ряд металла, у которого проявляются разные степени окисления. В качестве примера рассмотрим генетический ряд железа со степенями окисления +2 и +3:

Напомним, что для окисления железа в хлорид железа (II) нужно взять более слабый окислитель, чем для получения хлорида железа (III):

II. Генетический ряд элемента-неметалла. Аналогично ряду металла более богат связями ряд неметалла с разными степенями окисления, например генетический ряд серы со степенями окисления +4 и +6:

Затруднение может вызвать лишь последний переход. Если вы выполняете задания такого типа, то руководствуйтесь правилом: чтобы получить простое вещество из окисленного соединения элемента, нужно взять для этой цели самое восстановленное его соединение, например летучее водородное соединение неметалла. В нашем примере:

По этой реакции в природе из вулканических газов образуется сера.

Аналогично для хлора:

III. Генетический ряд элемента-металла, которому соответствуют амфотерные оксид и гидроксид, очень богат связями, так как они проявляют в зависимости от условий то свойства кислоты, то свойства основания. Например, рассмотрим генетический ряд алюминия:

В органической химии также следует различать более общее понятие — «генетическая связь» и более частное понятие — «генетический ряд». Если основу генетического ряда в неорганической химии составляют вещества, образованные одним химическим элементом, то основу генетического ряда в органической химии (химии углеродных соединений) составляют вещества с одинаковым числом атомов углерода в молекуле.

Рассмотрим генетический ряд органических веществ, в который включим наибольшее число классов соединений:

Каждой цифре соответствует определенное уравнение реакции:

Под определение генетического ряда не подходит последний переход — образуется продукт не с двумя, а с множеством углеродных атомов, но зато с его помощью наиболее многообразно представлены генетические связи. И наконец, приведем примеры генетической связи между классами органических и неорганических соединений, которые доказывают единство мира веществ, где нет деления на органические и неорганические вещества. Например, рассмотрим схему получения анилина — органического вещества из известняка — неорганического соединения:

Воспользуемся возможностью повторить названия реакций, соответствующих предложенным переходам:

Домашняя работа (сделать в тетради, посмотрю в школе, высылать не нужно)

Генетическая связь между классами неорганических веществ

Родство и взаимосвязь химических превращений подтверждается генетической связью между классами неорганических веществ. Одно простое вещество в зависимости от класса и химических свойств образует цепочку превращений сложных веществ – генетический ряд.

Неорганические вещества

Соединения, не имеющие углеродного скелета, характерного для органических веществ, называются неорганическими или минеральными веществами. Все минеральные соединения классифицируются на две обширные группы:

К простым соединениям относятся:

металлы (K, Mg, Ca);
неметаллы (O₂, S, P);
инертные газы (Kr, Xe, Rn).

Сложные вещества имеют более разветвлённую классификацию, приведённую в таблице.

Класс

Подкласс

Примеры

Рис. 2. Классификация сложных веществ.

Амфотерные металлы образуют соответствующие оксиды и гидроксиды. Амфотерные соединения проявляют свойства кислот и оснований.

Генетические ряды

Простые вещества – металлы и неметаллы – образуют цепочки превращений, отражающие генетическую связь неорганических веществ. Посредством химических реакций присоединения, замещения и разложения образуются новые более простые или сложные соединения.

Каждое звено цепочки связано с предыдущим наличием простого вещества. Различие между двумя типами генетических рядов заключается в реакции с водой: металлы образуют растворимые и нерастворимые основания, неметаллы – кислоты.

Основные цепочки превращений описаны в таблице.

Вещество

Генетический ряд

Активный металл → основный оксид → щёлочь → соль

Малоактивный металл → основный оксид → соль → нерастворимое основание → основный оксид → металл

→ кислотный оксид → растворимая (сильная) кислота → соль

→ кислотный оксид → соль → нерастворимая (слабая) кислота → кислотный оксид → неметалл

– SiO₂ + 2Zn → 2ZnO + Si

Рис. 3. Схема генетической связи между классами.

С помощью цепочки превращения можно получить средние (нормальные) или кислые соли. Комплексные соли могут включать несколько атомов металлов и неметаллов.

Что мы узнали?

Генетическая связь показывает взаимосвязь между классами неорганических веществ. Она характеризуется генетическим рядом – чередой превращений простых веществ. К простым веществам относятся металлы и неметаллы. Металлы образуют растворимые и нерастворимые основания в зависимости от активности. Неметаллы превращаются в сильные или слабые кислоты. Новые сложные вещества ряда образуются реакциями присоединения, замещения и разложения.

Генетическая связь между классами веществ

Генетической связью между классами веществ называется взаимопревращение соединений, подтверждающее единство их происхождения.

Классификация

Все неорганические соединения делятся на две обширные группы:

простые, состоящие из одинаковых атомов;
сложные, состоящие из атомов разных соединений.

Простые вещества классифицируются на металлы и неметаллы.

Рис. 1. Классификация неорганических веществ.

К металлам относятся элементы I-II группы и побочные подгруппы III-VIII групп таблицы Менделеева. Это твёрдые вещества (исключение – ртуть), имеющие блеск и обладающие тепло- и электропроводностью. Примеры: натрий, кальций, железо, хром.

К неметаллам относятся газообразные, жидкие, твёрдые вещества, вступающие в реакции с металлами и между собой. Примеры: хлор, водород, сера, йод, бром.

Сложные вещества разделяются на четыре группы:

основные и кислотные оксиды;
основания;
кислоты;
соли.

Сложные вещества состоят из простых, которые могут отделяться от одного соединения и образовывать новые соединения.

Рис. 2. Примеры сложных веществ.

Наиболее сложными неорганическими соединениями являются соли, которые могут включать несколько атомов металлов и неметаллов.

Генетический ряд

Сложные соединения образуются в результате реакций веществ. При этом из более простых соединений можно получить более сложные, а из сложных – простые вещества. В этом заключается генетическая связь веществ или явление генезиса.

Учитывая химические и физические особенности простых соединений, можно проследить металлический и неметаллический путь превращений.

Активные металлы способны образовывать щёлочь или растворимое основание. Малоактивные металлы образуют нерастворимый гидроксид. В связи с этим выделяют два генетических ряда:

Пример щелочного ряда:

Пример основного ряда:

Аналогично генетические цепочки неметаллов отличаются образованием растворимой (сильной) или нерастворимой (слабой) кислоты:

Пример с образованием сильной кислоты:

Пример с образованием слабой кислоты:

Рис. 3. Схема превращения веществ.

Генетическая связь показывает, с какими соединениями способны реагировать металлы и неметаллы, и что образуется в результате этих реакций.

Из урока 8 класса химии узнали, что такое генетическая связь неорганических соединений. Взаимное превращение веществ называется генетической связью. Металлы и неметаллы образуют по два генетических ряда. Активные металлы образуют щёлочь, их ряд заканчивается солью. Малоактивные образуют нерастворимые основания, их ряд оканчивается образованием свободного элемента из оксида. Связи неметаллов отличаются образованием кислоты – сильной или слабой. Сильные кислоты способны растворяться и образовывать соль, слабые кислоты образуют оксид, из которого можно выделить неметалл.

Читайте также: