Что означает «амфотерный» в химии?
Давайте освежим вашу память, объяснив, что такое «амфотерный». Оксиды подразделяются на кислотные, основные, нейтральные, амфотерные, пероксиды, смешанные и надпероксиды. Эти классификации основаны на способности оксида реагировать с кислотами или основаниями, а также на степени окисления его атома кислорода.
Согласно этому шаблону, оксид является амфотерным, если он может реагировать с кислотами и основаниями. При реакции с основанием (или в щелочной среде) он превращается в кислоту, образуя соль и воду. В кислой же среде он действует как основание, часто образуя сложную соль. В некоторых случаях, как, например, в случае оксидов алюминия и цинка, он может образовывать соль и воду.
Является ли оксид бериллия амфотерным?
Да, оксид бериллия амфотерен. Следовательно, в присутствии основания он становится кислотой. Аналогично, при взаимодействии с кислотой он становится основанием. Но как он приобретает свои амфотерные свойства? Давайте объясним это в этом разделе.
Простой способ показать амфотерность оксида бериллия — использовать его металлическую природу и способность образовывать ковалентные связи. Оксиды металлов обладают основными свойствами. Бериллий относится к щелочноземельным металлам II группы. Хотя он не является типичным металлом, как другие металлы II группы, например, калий и магний, он обладает основными свойствами. Поэтому в присутствии кислот он действует как основание.
Несмотря на то, что бериллий является металлом, в отличие от других элементов I и II групп, он образует не только ионные связи. Ион бериллия (Be2+) имеет небольшой размер и высокую плотность заряда, что делает его более ковалентным. В результате он может действовать как кислота, образуя связь с нуклеофилами, такими как гидроксид-ионы.
Другой способ объяснить амфотерность оксида бериллия — использовать электроотрицательность (способность атома притягивать к себе электроны). Разница электроотрицательностей между элементом X и кислородом > 2 означает, что оксид элемента может легко отдать кислород. Разница < 1 означает, что оксид не будет этого делать.
Электроотрицательность бериллия и кислорода различается на 1 и 2. Следовательно, условия реакции определяют, легко ли кислород отходит или нет, то есть образует амфотерную область. В кислой среде оксид бериллия отдаёт кислород протону (H+) с образованием воды, которая сама образует соответствующую соль. Однако в щелочной среде он образует комплекс.
Как оксид бериллия действует как основание
В кислой среде оксид бериллия действует как основание. Он легко отдаёт свой кислород, который принимает протоны (H⁺) из кислоты. Атом кислорода может делать это, поскольку он богат электронами из-за своей более высокой электроотрицательности, чем протон (H+).
Краткое описание процесса:
-
Кислота HX диссоциирует на H+ и X-
-
Протон (H+) соединяется с O2−, образуя воду.
-
Ион бериллия Be2+ соединяется с X, образуя BeX.
При использовании соляной кислоты (HCl) богатый электронами кислород примет протон (H+), образуя воду. С другой стороны, ион бериллия примет ион хлора, образуя хлорид бериллия.
BeO+2HCl→BeCl2+H2O
При использовании серной кислоты (H₂SO₂) богатый электронами кислород примет протон (H+), образуя воду. Ион бериллия примет сульфат-ион, образуя сульфат бериллия.
BeO+H2SO4→BeSO4+H2O
В данном случае последний пример — азотная кислота (HNO₂). Хотя можно подумать, что высокая окислительная способность HNO₂ окажет какое-то влияние на BeO, это неверно. Оксид бериллия стабилен, и реакция протекает так же, как и две другие. Ион кислорода примет протон (H+) и образует воду, а ион бериллия соединится с нитрат-ионом, образуя нитрат бериллия.
BeO+2HNO3→Be(NO3)2+H2O
Как оксид бериллия действует как кислота
В щелочной среде оксид бериллия становится кислотой. Низкая электроотрицательность и частичная положительность иона бериллия делают его электрофилом. В результате он может взаимодействовать с нуклеофилами, такими как гидроксид-ионы (OH⁻), образуя комплексную соль.
Наиболее распространённый пример — реакция между гидроксидом натрия и оксидом бериллия. Оксид бериллия образует комплекс с бериллатом калия в присутствии NaOH.
BeO+2NaOH+H2O→Na2Be(OH)4
Другой пример основания, с которым можно реагировать с оксидом бериллия, — это гидроксид калия (KOH). Оксид образует растворимую комплексную соль, называемую бериллатом калия.
BeO+2KOH+2H2O→K2[Be(OH)4]
Может ли оксид бериллия реагировать со слабыми кислотами и основаниями?
Да, оксид бериллия амфотерен и будет реагировать со слабыми кислотами и основаниями, следуя предыдущему объяснению. Однако эти реакции требуют определённых корректировок для получения ожидаемых продуктов и при этом протекают быстро.
Например, реакция между оксидом бериллия и уксусной кислотой (CH3COOH) протекает медленно и менее интенсивно из-за низкой константы диссоциации кислоты. Тем не менее, реакция будет протекать с образованием ацетата бериллия и воды.
BeO+2CH3COOH→(CH3COO)2Be+H2O
В случае слабых оснований реакция оксида бериллия с аммиаком (NH₃) может потребовать нагревания. Тем не менее, в результате образуется растворимый комплекс бериллия с аммиаком. Однако эта реакция протекает медленнее, чем с сильным основанием, таким как гидроксид натрия.
BeO + 2NH3 +H20 → [Be(NH3)2(OH)2]
Реакция с гидроксидом аммония также менее выражена. Тем не менее, BeO по-прежнему проявляет амфотерные свойства, образуя комплексный ион гидроксида бериллия.
BeO+NH4OH+H2O→[Be(OH)3]−+NH4+
Скорость реакции (слабой кислоты или основания) зависит от степени диссоциации кислоты или основания. Чем меньше активных ионов (H+ или OH−), тем медленнее реакция и тем меньше количество образующихся продуктов.
Итог
У вас есть ответ на ваш вопрос. Если вы задаётесь вопросом, является ли оксид бериллия амфотерным, то есть кислотным и основным, то да, так оно и есть. Оксид бериллия амфотерен, как и другие элементы, такие как алюминий, свинец и цинк. Это означает, что в определённых условиях он может быть как кислотой, так и основанием.