З грецької мови слово «amphoteros» перекладається як «той і інший». Амфотерность - це подвійність кислотно-основних властивостей речовини. Амфотерними називають гідроксиди, які в залежності від умов можуть проявляти як кислотні, так і основні властивості.
Прикладом амфотерного гідроксиду може служити гідроксид цинку. Формула цього гідроксиду в основній формі - Zn (OH) 2. Але можна записати формулу гідроксиду цинку в кислотній формі, поставивши на перше місце атоми водню, як в формулах неорганічних кислот: H2ZnO2 (Рис. 1). Тоді ZnO22- буде кислотним залишком з зарядом 2.
Мал. 1. Формули гідроксиду цинку
Особливістю амфотерного гідроксиду є те, що в ньому мало різняться по міцності зв'язку О-Н і Zn-O. Звідси і подвійність властивостей. У реакціях з кислотами, готовими віддати катіони водню, гідроксиду цинку вигідно розривати зв'язок Zn-O, віддаючи ОН-групу і виступаючи в ролі підстави. В результаті таких реакцій утворюються солі, в яких цинк є катіоном, тому їх називають солями катіонного типу:
Zn (OH) 2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O (підстава)
У реакціях з лугами гідроксид цинку виступає в ролі кислоти, віддаючи водень. При цьому утворюються солі анионного типу (цинк входить до складу кислотного залишку - аніону цинкату). Наприклад, при сплаві гідроксиду цинку з твердим гідроксидом натрію утворюється Na2ZnO2 - середня сіль анионного типу цинкат натрію:
H2ZnO2 + 2NaOH (ТВ.) = Na2ZnO2 + 2H2O (кислота)
При взаємодії з розчинами лугів амфотерні гідроксиди утворюють розчинні комплексні солі. Наприклад, при взаємодії гідроксиду цинку з розчином гідроксиду натрію утворюється тетрагідроксоцінкат натрію:
Zn (OH) 2 + 2NaOH = Na2 [Zn (OH) 4]
[Zn (OH) 4] 2 - складний аніон, який прийнято укладати в квадратні дужки.
Таким чином, амфотерность гідроксиду цинку обумовлена можливістю існування іонів цинку у водному розчині в складі як катіонів, так і аніонів. Склад цих іонів залежить від кислотності середовища. У лужному середовищі стійкі аніони ZnO22-, а в кислотному середовищі стійкі катіони Zn2 +.
Амфотерні гідроксиди - нерозчинні у воді речовини, і при нагріванні вони розкладаються на оксид металу і воду:
Zn (OH) 2 = ZnO + H2O
2Fe (OH) 3 = Fe2O3 + 3H2O
2Al (OH) 3 = Al2O3 + 3H2O
Ступінь окислення металу в гидроксиде і оксиді повинна бути однаковою.
Отримання амфотерних гідроксидів
Амфотерні гідроксиди - нерозчинні компоненти, тому їх можна отримати по реакції обміну між розчином солі перехідного металу і лугом. Наприклад, гідроксид алюмінію утворюється при взаємодії розчинів хлориду алюмінію і гідроксиду натрію:
AlCl3 + 3NaOH = Al (OH) 3 ↓ + 3NaCl
При зливанні даних розчинів утворюється білий желеподібний осад гідроксиду алюмінію (Рис. 2).
Але при цьому не можна допустити надлишку лугу, адже амфотерні гідроксиди розчиняються в лугах. Тому замість лугу краще використовувати водний розчин аміаку. Це слабка основа, в якому гідроксид алюмінію розчиняється. При взаємодії хлориду алюмінію з водним розчином аміаку утворюється гідроксид алюмінію і хлорид амонію:
AlCl3 + 3NH3 • H2O = Al (OH) 3 ↓ + 3NH4Cl
Мал. 2. Утворення осаду гідроксиду алюмінію
Амфотерні гідроксиди утворені перехідними хімічними елементами і виявляють подвійні властивості, т. Е. Є одночасно і кислотою, і підставою. Отримаємо та підтвердимо амфотерний характер гідроксиду алюмінію.
Отримаємо в пробірці осад гідроксиду алюмінію. Для цього до розчину сульфату алюмінію Доллємо невелику кількість розчину лугу (гідроксиду натрію) до появи осаду (Рис. 1). Зверніть увагу: на даному етапі луг не повинна бути в надлишку. Отриманий осад білого кольору - це гідроксид алюмінію:
Al2 (SO4) 3 + 6NaOH = 2Al (OH) 3 ↓ + 3Na2SO4
Мал. 1. Осад Al (OH) 3
Доказ амфотерного характеру гідроксиду алюмінію
Для наступного досвіду розділимо отриманий осад на дві частини. Щоб довести, що гідроксид алюмінію виявляє властивості кислоти, треба провести його реакцію з лугом. І навпаки, для доказу основних властивостей гідроксиду алюмінію змішаємо його з кислотою. В одну пробірку з осадом гідроксиду алюмінію доливають розчин лугу - гідроксиду натрію (на цей раз береться надлишок лугу). Осад розчиняється. В результаті реакції утворюється комплексна сіль - гідроксоалюмінат натрію:
Al (OH) 3 + NaOH = Na [Al (OH) 4]
У другу пробірку з осадом Доллємо розчин соляної кислоти. Осад теж розчиняється. Значить, гідроксид алюмінію реагує не тільки з лугом, а й з кислотою, т. Е. Проявляє амфотерні властивості. В даному випадку протікає реакція обміну, утворюються хлорид алюмінію і вода:
Al (OH) 3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Досвід № 3. Взаємодія розчину тетрагідроксоалюмініната натрію з соляною кислотою і вуглекислим газом
До розчину гідроксоалюмінат натрію будемо додавати по краплях розбавлений розчин соляної кислоти. Спостерігаємо випадання осаду гідроксиду алюмінію і його подальше розчинення:
Na [Al (OH) 4] + HCl = Al (OH) 3¯ + NaCl + H2O
Al (OH) 3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Тетрагідроксоалюмінат натрію нестійкий і в кислому середовищі руйнується. Подивимося, руйнує чи комплекс слабка вугільна кислота.
Через розчин тетрагідроксоалюміната натрію будемо пропускати вуглекислий газ. Вуглекислий газ, в свою чергу, отримуємо по реакції між мармуром і соляною кислотою. Через деякий час утворюється суспензія нерозчинного у воді гідроксиду алюмінію, яка при подальшому пропусканні вуглекислого газу не зникає.
Na [Al (OH) 4] + CO2 = Al (OH) 3¯ + NaHCO3
Т. е. Надлишок вуглекислоти розчиняє гідроксид алюмінію.