Hợp chất vô cơ

Hợp chất vô cơ là những hợp chất hóa học không có mặt nguyên tử carbon, ngoại trừ khí CO, khí CO₂, axit H₂CO₃ và các muối carbonat, hydrocarbonat và các carbide kim loại. Chúng thường được xem là kết quả của sự tổng hợp từ các quá trình địa chất, trong khi hợp chất hữu cơ thường liên quan đến các quá trình sinh học. Các nhà hóa học hữu cơ truyền thống thường xem bất kỳ phân tử nào có chứa carbon là một hợp chất hữu cơ, và như vậy, hóa học vô cơ được mặc định là nghiên cứu về các phân tử không có carbon.

Một bể chứa vật chất hữu cơ luôn liên kết với các mô sống qua quá trình trao đổi chất.

Sự khác biệt giữa hợp chất vô cơ và hữu cơ không phải lúc nào cũng rõ ràng. Ví dụ, một số nhà khoa học xem một môi trường mở (chẳng hạn như sinh quyển) là phần mở rộng của cuộc sống, và từ quan điểm này có thể coi CO₂ trong khí quyển là một hợp chất hữu cơ.

Liên hiệp Hóa học Thuần túy và Ứng dụng Quốc tế (IUPAC), một tổ chức có những thuật ngữ hóa học được công nhận rộng rãi, không công bố định nghĩa về vô cơ hay hữu cơ. Những quan điểm khác nhau vẫn được chấp nhận tùy theo góc nhìn mà người ta đánh giá và quan sát sự vật.

Trong hóa học hiện đại

Các hợp chất vô cơ có thể được xác định một cách chính thức thông qua việc tham chiếu đến hợp chất hữu cơ tương ứng. Hợp chất hữu cơ tức là có chứa liên kết carbon trong đó có ít nhất một nguyên tử carbon liên kết hóa trị với một nguyên tử loại khác (thường là Hydro, Oxy, hoặc Nitơ). Các hợp chất không chứa carbon, theo truyền thống, được coi là vô cơ. Khi xem xét hóa học vô cơ trong cuộc sống, có thể thấy rằng nhiều hình thái sống trong tự nhiên bản chất là không phải là một hợp chất, mà chỉ là các ion (ví dụ như protein, DNA và RNA). Các ion natri, chloride, và phosphat là rất cần thiết cho cuộc sống, cũng như một số phân tử vô cơ như axit carbonic, Nitơ, carbon dioxide, nước và Oxy. Ngoài các ion và (organometallic).

Hợp chất vô cơ chứa carbon

Nhiều hợp chất có chứa carbon vẫn được xem là vô cơ, chủ yếu là các thành phần có cả trong tự nhiên lẫn hóa học, ví dụ như carbon monoxide, carbon dioxide, carbonat, xyanua, xyanat, carbide và thyoxyanat. Tuy nhiên, những người làm việc liên quan đến chúng không quan tâm đến sự chính xác nghiêm ngặt của các định nghĩa.

Trong khoáng vật học

Các khoáng vật oxide và sulfide được xem là hoàn toàn vô cơ, mặc dù chúng có thể có nguồn gốc sinh học. Trong thực tế hầu hết thành phần của Trái Đất là vô cơ. Mặc dù các thành phần của lớp vỏ Trái Đất đã được làm sáng tỏ, các quá trình khoáng hóa và thành phần sâu của manti vẫn còn đang được nghiên cứu.

Phân loại

Hợp chất vô cơ gồm :

Oxide là hợp chất gồm 2 nguyên tố hóa học trong đó có một nguyên tố là oxy (trừ hợp chất có flour và oxy). Công thức hóa học chung:

M_xO_y ,trong đó M là nguyên tố khác O , x,y là chỉ số của công thức , n là hóa trị của M sao cho nó đúng theo quy tắc hóa trị :

$n\times x={\text{II}}\times y$

Oxide gồm

Acidic oxide là những oxide tác dụng với base tạo ra muối và nước, phản ứng với nước tạo thành 1 acid.

VD : ${\ce {SO3 - H2SO4 , P2O5 - H3PO4 , Cl2O7 - HClO4 , ...}}$

Basic oxide là những oxide tác dụng với acid tạo thành muối và nước. Một số oxide base phản ứng với nước tạo thành base tan gọi là kiềm.

VD : ${\ce {Na2O - NaOH , CaO - Ca(OH)2 , Fe2O3 - Fe(OH)3 , ...}}$

Riêng ${\ce {Mn2O7 , CrO3}}$ là acidic oxide , acid tương ứng là ${\ce {HMnO4}}$ (với ${\ce {Mn2O7}}$) và ${\ce {H2CrO4 / H2Cr2O7}}$ (với ${\ce {CrO3}}$)

Oxide lưỡng tính là oxide có thể tác dụng với acid hoặc base tạo muối và nước

VD : ${\ce {Al2O3 , ZnO , BeO , ...}}$

Oxide trung tính là oxide không phản ứng với nước để tạo base hay acid, không phản ứng với base hay acid để tạo muối.

VD : ${\ce {CO , NO , N2O , ...}}$

Acid là các hợp chất hóa học có thể hòa tan trong nước, thường được biểu diễn dưới dạng công thức tổng quát HₓA , trong đó A là gốc acid và x là hóa trị của nó . Acid gồm 2 loại acid có oxi và không có oxi

VD : ${\ce {HCl , HBr , HF , HNO3 , H2SO4 , H3PO4 , ...}}$

Base là một chất phân ly trong dung dịch nước để tạo thành các ion hydroxide OH^-.Công thức tổng quát là M(OH)_n , trong đó M là kim loại còn n là hóa trị của nó . Base gồm các loại :

Base tan trong nước (kiềm) VD : ${\ce {NaOH , KOH , Ca(OH)2 , ...}}$

Base không tan trong nước VD : ${\ce {Fe(OH)3 , Cu(OH)2 , Co(OH)2 , ...}}$

Hiđroxit lưỡng tính là hiđroxit khi tan trong nước vừa có thể phân li như axit vừa có thể phân li như bazơ.

VD : ${\ce {Al(OH)3 , Cr(OH)3 , Zn(OH)2 , Pb(OH)2 , ...}}$

Muối là một hợp chất hóa học bao gồm một tổ hợp ion của các cation và anion.Công thức hóa học gồm kim loại và gốc acid . Muối gồm 2 loại

Muối trung hòa là những muối không có tính axit và không có tính base.

VD : ${\ce {NaCl , KMnO4 , CuSO4 , ...}}$

Muối axit là muối tạo ra dung dịch có tính axit

VD : ${\ce {NH4HS , NaHSO4 , Ca(HCO3)2,...}}$

Muối tạo ra ion hydroxide khi hòa tan trong nước được gọi là muối kiềm

VD : ${\ce {Ca2(OH)2CO3 , Al(OH)SO4,Fe(OH)CO3,...}}$

Tính chất hóa học

1. Oxide

1.1. Oxide acid

1.1.1. Tác dụng với nước cho ra acid

VD :

${\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}$

${\ce {P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4}}$

${\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3}}$ (phản ứng thuận nghịch)

Với ${\ce {NO2}}$ : ${\ce {3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO ^}}$ hay ${\ce {4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}}$

1.1.2. Tác dụng với oxide base cho ra muối

VD :

${\ce {CaO + CO2 -> CaCO3}}$

${\ce {Na2O + SiO2 -> Na2SiO3}}$

${\ce {BaO + SO3 -> BaSO4}}$

1.1.3. Tác dụng với base cho ra muối và nước

VD :

${\ce {SO3 + 2NaOH -> Na2SO4 + H2O}}$ hay ${\ce {SO3 + NaOH -> NaHSO4}}$ (nếu lượng ${\ce {SO3}}$ dư)

${\ce {CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 v + H2O}}$

${\ce {SO2 + Ba(OH)2 -> BaSO3 v + H2O}}$

1.2. Oxide base

1.2.1. Tác dụng với nước cho ra base

Điều kiện : Oxide nào mà hydroxide tương ứng tan trong nước thì mới phản ứng với nước.

VD :

${\ce {Na2O + H2O -> 2NaOH}}$

${\ce {K2O + H2O -> 2KOH}}$

${\ce {CaO + H2O -> Ca(OH)2}}$

1.2.2. Tác dụng với oxide acid

Xem phần 1.1.2.

1.2.3. Tác dụng với acid cho ra muối và nước

VD :

${\ce {3CaO + 2H3PO4 -> Ca3(PO4)2 v + 3H2O}}$

${\ce {Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O}}$

${\ce {CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}}$

Chú ý: Những oxide của kim loại có nhiều hoá trị khi phản ứng với acid mạnh sẽ được đưa tới kim loại có hoá trị cao nhất.

VD :

${\ce {2FeO + 4H2SO4}}$ (đặc) ${\ce {-> Fe2(SO4)3 + SO2 ^ + 4H2O}}$

${\ce {3Cu2O + 14HNO3}}$ (loãng) ${\ce {-> 6Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 7H2O}}$

1.2.4. Bị khử bởi ${\ce {H2 / CO / C}}$

Chú ý: ${\ce {H2 / CO}}$ không khử được oxide kim loại đứng trước Zn trong dãy hoạt động hóa học của kim loại

VD :

${\ce {H2 :}}$

${\ce {H2 + CuO -> Cu + H2O}}$

${\ce {3H2 + Fe2O3 -> 2Fe + 3H2O}}$

${\ce {CO :}}$

${\ce {CO + CuO -> Cu + CO2 ^}}$

${\ce {3CO + Fe2O3 -> 2Fe + 3CO2 ^}}$

${\ce {C :}}$

${\ce {C + 2CuO -> 2Cu + CO2 ^}}$

${\ce {3C + 2Fe2O3 -> 4Fe + 3CO2 ^}}$

1.3. Oxide lưỡng tính ${\ce {(Al2O3 , ZnO , BeO , Cr2O3 , ...)}}$

Tác dụng với acid : xem phần 1.2.3.

Tác dụng với base :

${\ce {Al2O3 + 2NaOH -> 2NaAlO2 + H2O}}$

${\ce {ZnO + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2O}}$

1.4. Oxide trung tính

${\ce {NO / N2O}}$ không phản ứng

${\ce {CO}}$ có tính khử mạnh (xem phần 1.2.4)

2. Acid

2.1 Làm đổi màu chất chỉ thị

Dung dịch acid làm đổi màu quỳ tím thành đỏ

2.2. Tác dụng với oxide base

Xem phần 1.2.3.

2.3. Tác dụng với base/hydroxide lưỡng tính cho ra muối và nước

Chú ý : với amonia thì cho ra muối ammonium

VD :

${\ce {HCl + NaOH -> NaCl + H2O}}$

${\ce {3H2SO4 + 2Fe(OH)3 -> Fe2(SO4)3 + 6H2O}}$

${\ce {NH3 + HNO3 -> NH4NO3}}$

2.4. Tác dụng với muối cho ra acid mới và muối mới

Điều kiện : Sản phẩm phải tạo ra chất kết tủa (chất khó tan), hoặc chất bay hơi hay tạo ra axit yếu.

VD :

${\ce {BaCl2 + H2SO4 -> BaSO4 v + 2HCl}}$

${\ce {2HBr + K2SiO3 -> H2SiO3 v + 2KBr}}$

${\ce {Na2SO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + SO2 ^ + H2O}}$

2.5. Tác dụng với kim loại cho ra muối và khí H₂

Điều kiện : Kim loại phải đứng trước hidro trong dãy hoạt động hoá học

VD :

${\ce {Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}}$

${\ce {Mg + H2SO4}}$ (loãng) ${\ce {-> MgSO4 + H2 ^}}$

${\ce {3Ca + 2H3PO4 -> Ca3(PO4)2 v + 3H2 ^}}$

Chú ý

- H₂SO₄ đặc và HNO₃ đặc ở nhiệt độ thường không phản ứng với Al, Fe và Cr (tính chất thụ động hoá).

- Acid HNO₃ phản ứng với hầu hết kim loại (trừ Au, Pt), không giải phóng H₂.

VD :

${\ce {Al + 4HNO3}}$ (loãng) ${\ce {-> Al(NO3)3 + NO ^ + H2O}}$

${\ce {Ag + 2HNO3}}$ (đặc) ${\ce {-> AgNO3 + NO2 ^ + H2O}}$

- Acid H₂SO₄ đặc, nóng có khả năng phản ứng với nhiều kim loại, không giải phóng H₂.

VD :

${\ce {Cu + 2H2SO4}}$ (đặc) ${\ce {-> CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}}$

3. Base

3.1. Làm đổi màu chất chỉ thị

Dung dịch kiềm làm thay đổi màu một số chất chỉ thị:

- Quỳ tím thành xanh.

- Dung dịch phenolphtalein không màu thành hồng.

3.2. Tác dụng với acid

Xem mục 2.3.

3.3. Tác dụng với oxide acid

Xem mục 1.1.3.

3.4. Tác dụng với muối tạo ra base mới và muối mới

Điều kiện : Sản phẩm phải tạo ra chất kết tủa (chất khó tan), hoặc chất bay hơi

VD :

${\ce {Na2CO3 + Ca(OH)2 -> 2NaOH + CaCO3 v}}$

${\ce {3NaOH + FeCl3 -> 3NaCl + Fe(OH)3 v}}$

${\ce {2NH4Cl + Ca(OH)2 -> 2H2O + 2NH3 ^ + CaCl2}}$

3.5. Tác dụng với hydroxide lưỡng tính ${\ce {(Al(OH)3,Cr(OH)3,Zn(OH)2,...)}}$

${\ce {Al(OH)3 + NaOH -> NaAlO2 + 2H2O}}$

${\ce {Cr(OH)3 + KOH -> KCrO2 + 2H2O}}$

3.6. Tác dụng với kim loại mà oxide/hydroxide mang tính lưỡng tính

${\ce {2Al + 2NaOH + 3H2O -> 2NaAlO2 + 3H2 ^}}$

${\ce {Zn + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2 ^}}$

3.7. Bị nhiệt phân hủy

Base không tan và hydroxide lưỡng tính dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao

VD :

${\ce {Cu(OH)2 -> CuO + H2O}}$

${\ce {2Fe(OH)3 -> Fe2O3 + 3H2O}}$

${\ce {2Al(OH)3 -> Al2O3 + 3H2O}}$

4. Muối

4.1. Tác dụng với kim loai mạnh hơn để tạo ra kim loại mới và muối mới

Chú ý : Điều này không áp dụng cho kim loại kiềm/kiềm thổ

VD :

${\ce {2Al + 3FeCl2 -> 2AlCl3 + 3Fe v}}$

${\ce {Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu v}}$

${\ce {Cu + 2AgNO3 -> Cu(NO3)2 + 2Ag v}}$

4.2. Tác dụng với acid

Xem mục 2.4.

4.3. Tác dụng với base

Xem mục 3,4

4.4. Tác dụng với muối tạo ra 2 muối mới

Điều kiện : Sản phẩm phải tạo ra chất kết tủa (chất khó tan)

VD :

${\ce {2AgNO3 + K2Cr2O7 -> Ag2Cr2O7 v + 2KNO3}}$

${\ce {Na2CO3 + FeSO4 -> Na2SO4 + FeCO3 v}}$

${\ce {Pb(NO3)2 + 2KI -> PbI2 v + 2KNO3}}$

4.5. Bị nhiệt phân hủy

Một số muối bị phân hủy ở nhiệt độ cao như NaN₃ , CaCO₃ , KClO₃ , KMnO₄ , ...

VD :

${\ce {2NaN3 -> 2Na + 3N2 ^}}$

${\ce {CaCO3 -> CaO + CO2 ^}}$

${\ce {2KClO3 -> 2KCl + 3O2 ^}}$