Бинарные соединения - это что такое?

Бинарные соединения - это вещества, которые образованы двумя различными химическими элементами. Этот термин применяют при обозначении качественного и количественного состава неорганических соединений.

Бинарные химические соединения считаются важным объектом в изучении природы веществ. При их описании используют следующие понятия: поляризация связи, степень окисления, валентность. Данные химические термины позволяют понять суть образования химической связи, особенности строения неорганических веществ.

Рассмотрим основные классы бинарных соединений, особенности их химического строения и свойства, некоторые области их промышленного применения.

Оксиды

Данный класс неорганических веществ является самым распространенным в природе. Среди известных представителей этой группы соединений выделим:

• оксид кремния (речной песок);
• оксид водорода (вода);
• углекислый газ;
• глина (оксид алюминия);
• железняки (оксиды железа).

Такие бинарные соединения - это сложные вещества, в составе которых обязательно присутствует кислород, проявляющий степень окисления -2.

Агрегатное состояние оксидов

Соединения меди, кальция, железа являются кристаллическими твердыми веществами. Такое же агрегатное состояние имеют оксиды некоторых неметаллов, например шестивалентной серы, пятивалентного фосфора, кремния. Жидкостью при нормальных условиях является вода. Подавляющее большинство кислородных соединений неметаллов являются газами.

Особенности образования

Многие бинарные кислородные соединения образуются в природе. Например, при сгорании топлива, дыхании, гниении органических веществ формируется углекислый газ (оксид углерода 4). В воздухе его объемное содержание составляет около 0,03 процентов.

Подобные бинарные соединения - это продукты деятельности вулканов, а также составная часть минеральной воды. Углекислый газ не поддерживает горения, поэтому данное химическое соединение применяется для тушения пожаров.

Летучие водородные соединения

Такие бинарные соединения - это важная группа веществ, в составе которых присутствует водород. Среди представителей, имеющих промышленное значение, отметим метан, воду, сероводород, аммиак, а также галогеноводороды.

Часть летучих водородных соединений присутствует в почвенных водах, живых организмах, поэтому можно вести речь об их геохимической и биохимической роли.

Чтобы составлять бинарные соединения такого вида, на первое место ставят водород, имеющий валентность. В качестве второго элемента выступает неметалл, имеющий отрицательную степень окисления.

Для расстановки индексов в бинарном соединении между валентностями определяется наименьшее общее кратное. Количество атомов каждого элемента определяют путем деления его на валентности каждого элемента, входящего в состав соединения.

Хлороводород

Рассмотрим формулы бинарных соединений: хлороводорода и аммиака. Именно эти вещества имеют значение для современной химической промышленности. HCl при нормальных условиях является газообразным соединением, хорошо растворимым в воде. После растворения газообразного хлороводорода образуется соляная кислота, используемая во многих химических процессах и производственных цепочках.

Это бинарное соединение содержится в желудочном соке человека и животных, является барьером для болезнетворных микробов, проникающих с пищей в желудок.

Среди основных областей применения соляной кислоты выделим получение хлоридов, синтез хлорсодержащих продуктов, травление металлов, очистку труб от оксидов и карбонатов, кожевенное производство.

Аммиак, имеющий формулу NH₃, является бесцветным газом, обладающим специфическим резким запахом. Его неограниченная растворимость в воде позволяет получать нашатырный спирт, востребованный в медицине. В природе данное бинарное соединение образуется в процессе гниения органических продуктов, в составе которых присутствует азот.

Классификация оксидов

Кислородсодержащее бинарное соединение металла, имеющего валентность 1 или 2, является основным оксидом. Например, к этой группе относят оксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

Оксиды неметаллов, а также металлов с валентностью больше 4, являются кислотными соединениями.

В зависимости от химических свойств представителей данного класса делят на солеобразующие и несолеобразующие группы.

Среди типичных представителей второй группы отметим угарный газ (CO), оксид азота 1 (NO).

Формирование систематических названий соединений

Среди заданий, предлагаемых выпускникам, сдающим государственный экзамен по химии, есть и такое: «Составьте молекулярные формулы возможных бинарных кислородных соединений серы (азота, фосфора)». Для того чтобы справиться с поставленной задачей, необходимо иметь представление не только об алгоритме, но и об особенностях номенклатуры данного класса неорганических веществ.

При формировании наименования бинарного соединения, первоначально указывают тот элемент, который в формуле располагается справа, добавляя суффикс «ид». Далее указывают название первого элемента. Для ковалентных соединений добавляют приставки, по которым можно установить количественное соотношение между составными частями бинарного соединения.

Например, SO₃ – триоксид серы, N₂O₄ – тетроксид диазота, I₂CL₆ – гексахлорид диода.

Если в бинарном соединении присутствует химический элемент, способный проявлять разные степени окисления, после названия соединения в круглых скобках указывают состояние окисления.

К примеру, два соединения железа отличаются по названию: FeCL₃ - оксид железа (3), FeCL₂ – оксид железа (2).

Для гидридов, в частности неметаллических элементов, пользуются тривиальными названиями. Так, H₂O – вода, HCL – хлороводород, HI – йодоводород, HF – плавиковая кислота.

Катионы

Положительным ионам тех элементов, которые способны образовывать только один устойчивый ион, дают такие же названия, как и у самих символов. К ним относятся все представители первой и второй групп периодической системы Менделеева.

Например, катионы натрия и магния имеют вид: Na⁺, Mg²⁺. Переходные элементы способны образовывать несколько видов катионов, поэтому в названии необходимо указывать валентность, проявляемую в каждом отдельном случае.

Анионы

У простых (одноатомных) и комплексных (многоатомных) анионов применяется суффикс –ид.

Распространенным оксоанионом определенного элемента является суффикс –ам. Для оксоаниона элемента, находящегося в формуле с меньшей степенью окисления, применяется суффикс –ит. Для минимального состояния окисления используется приставка гипо-, а для максимального значения – пер-. Например, ион О^2- является оксид-ионом, а О^- - пероксидом.

Существуют и разнообразные тривиальные названия гидридов. Например, N₂H₄ именуют гидразином, а PH₃ называют фосфином.

Серосодержащие оксоанионы имеют следующие названия:

• SO4^2- - сульфат;
• S₂O₃^2- - тиосульфат;
• NCS^- - тиоцианат.

Соли

Во многих итоговых тестах по химии предлагается следующее задание: «Составьте формулы бинарных соединений металлов». Если в составе таких соединений есть анионы хлора, брома, йода, такие соединения называют галогенидами, относят к классу солей. При составлении формул этих бинарных соединений на первое место ставится металл, затем соответствующий галогенид-ион.

Для определения количества атомов каждого элемента находят наименьшее кратное между валентностями, при делении получают индексы.

У таких соединений высокая температура плавления и кипения, хорошая растворимость в воде, при нормальных условиях они являются твердыми веществами. Например, хлориды натрия и калия входят в состав морской воды.

Поваренную соль люди применяют с древних времен. В настоящее время использование этого бинарного соединения не ограничивается употреблением в пищу. При электролизе водного раствора хлорида натрия получают металлический натрий и газообразный хлор. Эти продукты используются в различных производственных процессах, например для получения гидроксида натрия, хлороводорода.

Значение бинарных соединений

К данной группе относится огромное количество веществ, поэтому можно с уверенностью говорить о масштабности их использования в разных сферах человеческой деятельности. Аммиак в химической промышленности применяют в качестве прекурсора при изготовлении азотной кислоты, производстве минеральных удобрений. Именно это бинарное соединение применяют в тонком органическом синтезе, долгое время использовали в холодильных установках.

Благодаря уникальной твердости карбида вольфрама, это соединение нашло применение в изготовлении многообразного режущего инструмента. Химическая инертность этого бинарного соединения позволяет применять его в агрессивных средах: лабораторном оборудовании, печах.

«Веселящий газ» (оксид азота 1) в смеси с кислородом используется в медицине для общего наркоза.

Все бинарные соединения имеют ковалентный либо ионный характер химической связи, молекулярную, ионную или атомную кристаллическую решетку.

Заключение

При составлении формул бинарных соединений необходимо соблюдать определенный алгоритм действий. Сначала записывается элемент, который проявляет положительную степень окисления (имеет меньшее значение электрической отрицательности). При определении значения степени окисления у второго элемента из восьми вычитают номер группы, в котором он находится. Если полученные числа отличаются между собой, определяется наименьшее общее кратное, затем вычисляются индексы.

Помимо оксидов, к данным соединениям причисляют карбиды, силициды, пероксиды, гидриды. Карбиды алюминия и кальция используют для лабораторного получения метана и ацетилена, пероксиды используют в химической промышленности в качестве сильных окислителей.

Такой галогенид, как фтороводород (плавиковая кислота), используется в электротехнике при паянии. Среди самых важных бинарных соединений, без которых трудно представить себе существование живых организмов, лидирует вода. Особенности строения этого неорганического соединения подробно изучаются в школьном курсе химии. Именно на ее примере ребята получают представления о последовательности действий при составлении формул бинарных соединений.

В заключение отметим, что сложно найти такую сферу современной промышленности, область человеческой жизни, где бы ни применялись разнообразные бинарные соединения.