Почему основания имеют общие свойства. Гидроксиды
Современная химическая наука представляет собой множество разнообразных отраслей, и каждая из них, помимо теоретической базы, имеет большое прикладное значение, практическое. Чего ни коснись, все кругом - продукты химического производства. Главные разделы - это неорганическая и органическая химия. Рассмотрим, какие основные классы веществ относят к неорганическим и какими свойствами они обладают.
Главные категории неорганических соединений
К таковым принято относить следующие:
- Оксиды.
- Соли.
- Основания.
- Кислоты.
Каждый из классов представлен большим разнообразием соединений неорганической природы и имеет значение практически в любой структуре хозяйственной и промышленной деятельности человека. Все главные свойства, характерные для этих соединений, нахождение в природе и получение изучаются в школьном курсе химии в обязательном порядке, в 8-11 классах.
Существует общая таблица оксидов, солей, оснований, кислот, в которой представлены примеры каждого из веществ и их агрегатное состояние, нахождение в природе. А также показаны взаимодействия, описывающие химические свойства. Однако мы рассмотрим каждый из классов отдельно и более подробно.
Группа соединений - оксиды
4. Реакции, в результате которых элементы меняют СО
Me +n O + C = Me 0 + CO
1. Реагент вода: образование кислот (SiO 2 исключение)
КО + вода = кислота
2. Реакции с основаниями:
CO 2 + 2CsOH = Cs 2 CO 3 + H 2 O
3. Реакции с основными оксидами: образование соли
P 2 O 5 + 3MnO = Mn 3 (PO 3) 2
4. Реакции ОВР:
CO 2 + 2Ca = C + 2CaO,
Проявляют двойные свойства, взаимодействуют по принципу кислотно-основного метода (с кислотами, щелочами, основными оксидами, кислотными оксидами). С водой во взаимодействие не вступают.
1. С кислотами: образование солей и воды
АО + кислота = соль + Н 2 О
2. С основаниями (щелочами): образование гидроксокомплексов
Al 2 O 3 + LiOH + вода = Li
3. Реакции с кислотными оксидами: получение солей
FeO + SO 2 = FeSO 3
4. Реакции с ОО: образование солей, сплавление
MnO + Rb 2 O = двойная соль Rb 2 MnO 2
5. Реакции сплавления с щелочами и карбонатами щелочных металлов: образование солей
Al 2 O 3 + 2LiOH = 2LiAlO 2 + H 2 O
Каждый высший оксид, образованный как металлом, так и неметаллом, растворяясь в воде, дает сильную кислоту или щелочь.
Кислоты органические и неорганические
В классическом звучании (основываясь на позициях ЭД - электролитической диссоциации - Сванте Аррениуса) кислоты - это соединения, в водной среде диссоциирующие на катионы Н + и анионы остатков кислоты An - . Однако сегодня тщательно изучены кислоты и в безводных условиях, поэтому существует много разных теорий для гидроксидов.
Эмпирические формулы оксидов, оснований, кислот, солей складываются только из символов, элементов и индексов, указывающих их количество в веществе. Например, неорганические кислоты выражаются формулой H + кислотный остаток n- . Органические вещества имеют другое теоретическое отображение. Помимо эмпирической, для них можно записать полную и сокращенную структурную формулу, которая будет отражать не только состав и количество молекулы, но и порядок расположения атомов, их связь между собой и главную функциональную группу для карбоновых кислот -СООН.
В неорганике все кислоты делятся на две группы:
- бескислородные - HBr, HCN, HCL и другие;
- кислородсодержащие (оксокислоты) - HClO 3 и все, где есть кислород.
Также неорганические кислоты классифицируются по стабильности (стабильные или устойчивые - все, кроме угольной и сернистой, нестабильные или неустойчивые - угольная и сернистая). По силе кислоты могут быть сильными: серная, соляная, азотная, хлорная и другие, а также слабыми: сероводородная, хлорноватистая и другие.
Совсем не такое разнообразие предлагает органическая химия. Кислоты, которые имеют органическую природу, относятся к карбоновым кислотам. Их общая особенность - наличие функциональной группы -СООН. Например, НСООН (муравьиная), СН 3 СООН (уксусная), С 17 Н 35 СООН (стеариновая) и другие.
Существует ряд кислот, на которые особенно тщательно делается упор при рассмотрении данной темы в школьном курсе химии.
- Соляная.
- Азотная.
- Ортофосфорная.
- Бромоводородная.
- Угольная.
- Иодоводородная.
- Серная.
- Уксусная, или этановая.
- Бутановая, или масляная.
- Бензойная.
Данные 10 кислот по химии являются основополагающими веществами соответствующего класса как в школьном курсе, так и в целом в промышленности и синтезах.
Свойства неорганических кислот
К основным физическим свойствам нужно отнести в первую очередь различное агрегатное состояние. Ведь существует ряд кислот, имеющих вид кристаллов или порошков (борная, ортофосфорная) при обычных условиях. Подавляющее большинство же известных неорганических кислот представляет собой разные жидкости. Температуры кипения и плавления также варьируются.
Кислоты способны вызывать тяжелые ожоги, так как обладают силой, разрушающей органические ткани и кожный покров. Для обнаружения кислот используют индикаторы:
- метилоранж (в обычной среде - оранжевый, в кислотах - красный),
- лакмус (в нейтральной - фиолетовый, в кислотах - красный) или некоторые другие.
К важнейшим химическим свойствам можно отнести способность вступать во взаимодействие как с простыми, так и со сложными веществами.
| С чем взаимодействуют | Пример реакции |
1. С простыми веществами-металлами. Обязательное условие: металл должен стоять в ЭХРНМ до водорода, так как металлы, стоящие после водорода, не способны вытеснить его из состава кислот. В результате реакции всегда образуется водород в виде газа и соль. | |
2. С основаниями. Итогом реакции являются соль и вода. Подобные реакции сильных кислот с щелочами носят название реакций нейтрализации. | Любая кислота (сильная) + растворимое основание = соль и вода |
| 3. С амфотерными гидроксидами. Итог: соль и вода. | 2HNO 2 + гидроксид бериллия = Be(NO 2) 2 (соль средняя) + 2H 2 O |
| 4. С основными оксидами. Итог: вода, соль. | 2HCL + FeO = хлорид железа (II) + H 2 O |
| 5. С амфотерными оксидами. Итоговый эффект: соль и вода. | 2HI + ZnO = ZnI 2 + H 2 O |
6. С солями, образованными более слабыми кислотами. Итоговый эффект: соль и слабая кислота. | 2HBr + MgCO 3 = бромид магния + H 2 O + CO 2 |
При взаимодействии с металлами одинаково реагируют не все кислоты. Химия (9 класс) в школе предполагает весьма неглубокое изучение таких реакций, однако и на таком уровне рассматриваются специфические свойства концентрированной азотной и серной кислоты при взаимодействии с металлами.
Гидроксиды: щелочи, амфотерные и нерастворимые основания
Оксиды, соли, основания, кислоты - все эти классы веществ имеют общую химическую природу, объясняющуюся строением кристаллической решетки, а также взаимным влиянием атомов в составе молекул. Однако если для оксидов можно было дать вполне конкретное определение, то для кислот и оснований это сделать сложнее.
Так же, как и кислоты, основаниями по теории ЭД называются вещества, способные в водном растворе распадаться на катионы металлов Ме n+ и анионы гидроксогрупп ОН - .
- Растворимые или щелочи (сильные основания, изменяющие цвет индикаторов). Образованы металлами I, II групп. Пример: КОН, NaOH, LiOH (то есть учитываются элементы только главных подгрупп);
- Малорастворимые или нерастворимые (средней силы, не изменяющие окраску индикаторов). Пример: гидроксид магния, железа (II), (III) и другие.
- Молекулярные (слабые основания, в водной среде обратимо диссоциируют на ионы-молекулы). Пример: N 2 H 4, амины, аммиак.
- Амфотерные гидроксиды (проявляют двойственные основно-кислотные свойства). Пример: берилия, цинка и так далее.
Каждая представленная группа изучается в школьном курсе химии в разделе "Основания". Химия 8-9 класса подразумевает подробное изучение щелочей и малорастворимых соединений.
Главные характерные свойства оснований
Все щелочи и малорастворимые соединения находятся в природе в твердом кристаллическом состоянии. При этом температуры плавления их, как правило, невысоки, и малорастворимые гидроксиды разлагаются при нагревании. Цвет оснований разный. Если щелочи белого цвета, то кристаллы малорастворимых и молекулярных оснований могут быть самой различной окраски. Растворимость большинства соединений данного класса можно посмотреть в таблице, в которой представлены формулы оксидов, оснований, кислот, солей, показана их растворимость.
Щелочи способны изменять окраску индикаторов следующим образом: фенолфталеин - малиновый, метилоранж - желтый. Это обеспечивается свободным присутствием гидроксогрупп в растворе. Именно поэтому малорастворимые основания такой реакции не дают.
Химические свойства каждой группы оснований различны.
| Химические свойства | ||
| Щелочей | Малорастворимых оснований | Амфотерных гидроксидов |
I. Взаимодействуют с КО (итог -соль и вода): 2LiOH + SO 3 = Li 2 SO 4 + вода II. Взаимодействуют с кислотами (соль и вода): обычные реакции нейтрализации (смотрите кислоты) III. Взаимодействуют с АО с образованием гидроксокомплекса соли и воды: 2NaOH + Me +n O = Na 2 Me +n O 2 + H 2 O, или Na 2 IV. Взаимодействуют с амфотерными гидроксидами с образованием гидроксокомплексных солей: То же самое, что и с АО, только без воды V. Взаимодействуют с растворимыми солями с образованием нерастворимых гидроксидов и солей: 3CsOH + хлорид железа (III) = Fe(OH) 3 + 3CsCl VI. Взаимодействуют с цинком и алюминием в водном растворе с образованием солей и водорода: 2RbOH + 2Al + вода = комплекс с гидроксид ионом 2Rb + 3H 2 | I. При нагревании способны разлагаться: нерастворимый гидроксид = оксид + вода II. Реакции с кислотами (итог: соль и вода): Fe(OH) 2 + 2HBr = FeBr 2 + вода III. Взаимодействуют с КО: Me +n (OH) n + КО = соль + H 2 O | I. Реагируют с кислотами с образованием соли и воды: (II) + 2HBr = CuBr 2 + вода II. Реагируют с щелочами: итог - соль и вода (условие: сплавление) Zn(OH) 2 + 2CsOH = соль + 2H 2 O III. Реагируют с сильными гидроксидами: итог - соли, если реакция идет в водном растворе: Cr(OH) 3 + 3RbOH = Rb 3 |
Это большинство химических свойств, которые проявляют основания. Химия оснований достаточно проста и подчиняется общим закономерностям всех неорганических соединений.
Класс неорганических солей. Классификация, физические свойства
Опираясь на положения ЭД, солями можно назвать неорганические соединения, в водном растворе диссоциирующие на катионы металлов Ме +n и анионы кислотных остатков An n- . Так можно представить соли. Определение химия дает не одно, однако это наиболее точное.
При этом по своей химической природе все соли подразделяются на:
- Кислые (имеющие в составе катион водорода). Пример: NaHSO 4.
- Основные (имеющие в составе гидроксогруппу). Пример: MgOHNO 3 , FeOHCL 2.
- Средние (состоят только из катиона металла и кислотного остатка). Пример: NaCL, CaSO 4.
- Двойные (включают в себя два разных катиона металла). Пример: NaAl(SO 4) 3.
- Комплексные (гидроксокомплексы, аквакомплексы и другие). Пример: К 2 .
Формулы солей отражают их химическую природу, а также говорят о качественном и количественном составе молекулы.
Оксиды, соли, основания, кислоты обладают различной способностью к растворимости, которую можно посмотреть в соответствующей таблице.
Если же говорить об агрегатном состоянии солей, то нужно заметить их однообразие. Они существуют только в твердом, кристаллическом или порошкообразном состоянии. Цветовая гамма достаточно разнообразна. Растворы комплексных солей, как правило, имеют яркие насыщенные краски.
Химические взаимодействия для класса средних солей
Имеют схожие химические свойства основания, кислоты, соли. Оксиды, как мы уже рассмотрели, несколько отличаются от них по этому фактору.
Всего можно выделить 4 основных типа взаимодействий для средних солей.
I. Взаимодействие с кислотами (только сильными с точки зрения ЭД) с образованием другой соли и слабой кислоты:
KCNS + HCL = KCL + HCNS
II. Реакции с растворимыми гидроксидами с появлением солей и нерастворимых оснований:
CuSO 4 + 2LiOH = 2LiSO 4 соль растворимая + Cu(OH) 2 нерастворимое основание
III. Взаимодействие с другой растворимой солью с образованием нерастворимой соли и растворимой:
PbCL 2 + Na 2 S = PbS + 2NaCL
IV. Реакции с металлами, стоящими в ЭХРНМ левее того, что образует соль. При этом вступающий в реакцию металл не должен при обычных условиях вступать во взаимодействие с водой:
Mg + 2AgCL = MgCL 2 + 2Ag
Это главные типы взаимодействий, которые характерны для средних солей. Формулы солей комплексных, основных, двойных и кислых сами за себя говорят о специфичности проявляемых химических свойств.
Формулы оксидов, оснований, кислот, солей отражают химическую сущность всех представителей данных классов неорганических соединений, а кроме того, дают представление о названии вещества и его физических свойствах. Поэтому на их написание следует обращать особое внимание. Огромное разнообразие соединений предлагает нам в целом удивительная наука - химия. Оксиды, основания, кислоты, соли - это лишь часть необъятного многообразия.
Металла и гидроксильной группы (ОН). Например, гидроксид натрия - NaOH , гидроксид кальция - Ca (OH ) 2 , гидроксид бария - Ba (OH ) 2 и т.д.
Получение гидроксидов.
1. Реакция обмена:
CaSO 4 + 2NaOH = Ca(OH) 2 + Na 2 SO 4,
2. Электролиз водных растворов солей:
2KCl + 2H 2 O = 2KOH + H 2 + Cl 2 ,
3. Взаимодействие щелочных и щелочно-земельных металлов или их оксидов с водой:
К + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 ,
Химические свойства гидроксидов.
1. Гидроксиды имеют щелочной характер среды.
2. Гидроксиды растворяются в воде (щелочи) и бывают нерастворимыми. Например, KOH - растворяется в воде, а Ca (OH ) 2 - малорастворим, имеет раствор белого цвета. Металлы 1-ой группы периодической таблицы Д.И. Менделеева дают растворимые основания (гидроксиды).
3. Гидроксиды разлагаются при нагреве:
Cu (OH ) 2 = CuO + H 2 O .
4. Щелочи реагируют с кислотными и амфотерными оксидами :
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + H 2 O.
5. Щелочи могут реагировать с некоторыми неметаллами при различных температурах по-разному:
NaOH + Cl 2 = NaCl + NaOCl + H 2 O (холод),
NaOH + 3 Cl 2 = 5 NaCl + NaClO 3 + 3 H 2 O (нагрев).
6. Взаимодействуют с кислотами:
KOH + HNO 3 = KNO 3 + H 2 O .
Основания представляют собой сложные соединения, включающие два основных структурных компонента:
- Гидроксогруппа (одна или несколько). Отсюда, кстати и второе название этих веществ - «гидроксиды».
- Атом металла или ион аммония (NH4+).
Название оснований происходит из объединения наименований обоих его компонентов: например, гидроксид кальция, гидроксид меди, гидроксид серебра и т. д.
Единственным исключением из общего правила образования оснований следует считать когда гидроксогруппа присоединяется не к металлу, а к катиону аммония (NH4+). Это вещество образуется в том случае, когда происходит растворение в воде аммиака.
Если говорить о свойствах оснований, то сразу следует отметить, что валентность гидроксогруппы равна единице, соответственно, количество этих групп в молекуле будет напрямую зависеть от того, какой валентностью обладают вступающие в реакцию металлы. Примерами в данном случае могут служить формулы таких веществ, как NaOH, Al(OH)3, Ca(OH)2.
Химические свойства оснований проявляются в их реакциях с кислотами, солями, другими основаниями, а также в их действии на индикаторы. В частности, щелочи можно определить, если воздействовать их раствором на определенный индикатор. В этом случае он заметно поменяет свою окраску: например, из белой станет синей, а фенолфталеин - малиновым.
Химические свойства оснований, проявляясь в их взаимодействии с кислотами, приводят к знаменитым реакциям нейтрализации. Суть такой реакции в том, что атомы металла, присоединяясь к кислотному остатку, образуют соль, а гидроксогруппа и ион водорода, соединяясь, превращаются в воду. Реакцией нейтрализации эта реакция называется потому, что после нее не остается ни щелочи, ни кислоты.
Характерные химические свойства оснований проявляются и в их реакции с солями. При этом стоит отметить, что с растворимыми солями в реакцию вступают только щелочи. Особенности строения этих веществ приводят к тому, что в результате реакции образуется новая соль и новое, чаще всего нерастворимое, основание.
Наконец, химические свойства оснований прекрасно проявляют себя во время термического воздействия на них - нагревания. Здесь, осуществляя те или иные опыты, стоит иметь в виду, что практически все основания, за исключением щелочей, при нагревании ведут себя крайне неустойчиво. Подавляющее их большинство почти мгновенно распадается на соответствующий оксид и воду. А если взять основания таких металлов, как серебро и ртуть, то в нормальных условиях они не могут быть получены, так как начинают распадаться уже при комнатной температуре.
Ещё со школы нам известно, что основаниями называют соединения, где атомы металла связаны с одной или несколькими гидроксогруппами — KOH, Ca(OH) 2 и т. п. Однако понятие «основания» на самом деле шире, и существует две теории оснований — протонная (теория Брёнстеда — Лоури) и электронная (теория Льюиса). мы рассмотрим в отдельной статье, поэтому возьмём определение из теории Брёнстеда (далее в данной статье — только основания Брёнстеда): Основания (гидроксиды) — это вещества или частицы, способные принимать (отщеплять) протон от кислоты. Согласно такому определению, свойства основания зависят от свойств — например, вода или уксусная кислота ведут себя как основания в присутствии более сильных кислот:
H 2 SO 4 + H 2 O ⇄ HSO 4 — + H 3 O + (катион гидроксония)
H 2 SO 4 + CH 3 COOH ⇄ HSO 4 — + CH 3 COOH 2 +
Номенклатура оснований
Названия оснований образуются весьма просто — сначала идёт слово «гидроксид», а затем название металла, который входит в данное основание. Если металл имеет переменную валентность, это отражают в названии.
KOH — гидроксид калия
Ca(OH) 2 — гидроксид кальция
Fe(OH) 2 — гидроксид железа (II)
Fe(OH) 3 — гидроксид железа (III)
Существует также основание NH 4 OH (гидроксид аммония), где гидроксогруппа связана не с металлом, а катионом аммония NH 4 + .
Классификация оснований
Основания можно классифицировать по следующим признакам:
- По растворимости основания делят на растворимые — щёлочи (NaOH, KOH) и нерастворимые основания (Ca(OH) 2 , Al(OH) 3).
- По кислотности (количеству гидроксогрупп) основания делят на однокислотные (KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH 2), Al(OH) 3).
- По химическим свойствам их делят на оснóвные (Ca(OH) 2 , NaOH) и амфотерные , то есть проявляющие как основные свойства, так и кислотные (Al(OH) 3 , Zn(OH) 2).
- По силе (по степени диссоциации) различают:
а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH) 2 , малорастворимый Ca(OH) 2 .
б) слабые (α < 100 %) – все нерастворимые основания Cu(OH) 2 , Fe(OH) 3 и растворимое NH 4 OH.
Сила оснований
Для оснований можно количественно выразить их силу, то есть способность отщеплять протон от кислоты. Для этого используют константу основности K b — константу равновесия для реакции между основанием и кислотой, причём в качестве кислоты выступает вода. Чем выше значение константы основности, тем выше сила основания и тем сильнее его способность отщеплять протон. Также вместо самой константы часто используют показатель константы основности pK b . Например, для аммиака NH 3 имеем:
Получение
Взаимодействие активного металла с водой:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
Mg + 2H 2 O Mg(OH) 2 + H 2
Взаимодействие основных с водой (только для щелочных и щелочноземельных металлов):
Na 2 O + H 2 O → 2NaOH,
CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 .
Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:
2NaCI + 4H 2 O 2NaOH + 2H 2 + CI 2
Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых оснований это единственный способ получения:
Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 → 2NaOH + BaSO 4
MgSO 4 + 2NaOH → Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4.
Физические свойства
Все основания являются твердыми веществами, имеющими различную окраску. В воде нерастворимы, кроме щелочей.
Внимание! Щёлочи являются очень едкими веществами. При попадании на кожу растворы щелочей вызывают сильные долгозаживающие ожоги, при попадании в глаза могут вызвать слепоту. При работе с ними следует соблюдать технику безопасности и пользоваться индивидуальными средствами защиты.
Внешний вид оснований. Слева направо: гидроксид натрия, гидроксид кальция, метагидроксид железа
Химические свойства
Химические свойства оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации обусловлены наличием в их растворах избытка свободных гидроксид – ионов ОН - .
Изменение цвета индикаторов:
фенолфталеин – малиновый
лакмус – синий
метиловый оранжевый – желтый
Фенолфталеин придаёт раствору щёлочи малиновую окраску
Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
2KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2H 2 O,
растворимое
Mg(OH) 2 + 2HCI → MgCI 2 + 2H 2 O.
нерастворимое
Взаимодействие с кислотными :
2KOH + SO 3 → K 2 SO 4 + H 2 O
Взаимодействие с амфотерными и гидроксидами:
а) при плавлении:
2NaOH + AI 2 O 3 → 2NaAIO 2 + H 2 O,
NaOH + AI(OH) 3 → NaAIO 2 + 2H 2 O.
б) в растворе:
2NaOH + AI 2 O 3 +3H 2 O → 2Na,
NaOH + AI(OH) 3 → Na.
Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными металлами, кремнием и другими):
2NaOH + Zn + 2H 2 O → Na 2 + H 2
2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2
Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:
2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4 ,
Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 + 2KOH.
Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:
Ca(OH) 2 → CaO + H 2 O,
Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O.
Знаете ли вы?
Органические молекулы, которые разлагаются в течение миллионов лет в отсутствие света и кислорода, сохраняют только свой углеводородный скелет. Сырая нефть, например, представляет собой смесь молекул, содержащих только углерод и водород, в то время как уголь включает некоторое количество других элементов. Хотя молекулы, присутствующие в угле и нефти, заметно отличаются по своей химической структуре, у них есть общая особенность: они не содержат функциональных групп!
3. Гидроксиды
Среди многоэлементных соединений важную группу составляют гидроксиды. Некоторые из них проявляют свойства оснований (основные гидроксиды) - NaOH , Ba (OH ) 2 и т.п.; другие проявляют свойства кислот (кислотные гидроксиды) - HNO 3 , H 3 PO 4 и другие. Существуют и амфотерные гидроксиды, способные в зависимости от условий проявлять как свойства оснований, так и свойства кислот - Zn (OH ) 2 , Al (OH ) 3 и т.п.
3.1. Классификация, получение и свойства оснований
Основаниями (основными гидроксидами) с позиции теории электролитической диссоциации являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов ОН - .
По современной номенклатуре их принято называть гидроксидами элементов с указанием, если необходимо, валентности элемента (римскими цифрами в скобках): КОН - гидроксид калия, гидроксид натрия NaOH , гидроксид кальция Ca (OH ) 2 , гидроксид хрома (II ) - Cr (OH ) 2 , гидроксид хрома (III ) - Cr (OH ) 3 .
Гидроксиды металлов принято делить на две группы: растворимые в воде (образованные щелочными и щелочноземельными металлами - Li , Na , K , Cs , Rb , Fr , Ca , Sr , Ba и поэтому называемые щелочами) и нерастворимые в воде . Основное различие между ними заключается в том, что концентрация ионов ОН - в растворах щелочей достаточно высока, для нерастворимых же оснований она определяется растворимостью вещества и обычно очень мала. Тем не менее, небольшие равновесные концентрации иона ОН - даже в растворах нерастворимых оснований определяют свойства этого класса соединений.
По числу гидроксильных групп (кислотность) , способных замещаться на кислотный остаток, различают:
Однокислотные основания - KOH , NaOH ;
Двухкислотные основания - Fe (OH ) 2 , Ba (OH ) 2 ;
Трехкислотные основания - Al (OH ) 3 , Fe (OH ) 3 .
Получение оснований
1. Общим методом получения оснований является реакция обмена, с помощью которой могут быть получены как нерастворимые, так и растворимые основания:
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 ↓ + K 2 SO 4 ,
K 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = 2KOH + BaCO 3 ↓ .
При получении этим методом растворимых оснований в осадок выпадает нерастворимая соль.
При получении нерастворимых в воде оснований, обладающих амфотерными свойствами, следует избегать избытка щелочи, так как может произойти растворение амфотерного основания, например,
AlCl 3 + 3KOH = Al(OH) 3 + 3KCl,
Al(OH) 3 + KOH = K.
В подобных случаях для получения гидроксидов используют гидроксид аммония, в котором амфотерные оксиды не растворяются:
AlCl 3 + 3NH 4 OH = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl.
Гидроксиды серебра, ртути настолько легко распадаются, что при попытке их получения обменной реакцией вместо гидроксидов выпадают оксиды:
2AgNO 3 + 2KOH = Ag 2 O ↓ + H 2 O + 2KNO 3 .
2. Щелочи в технике обычно получают электролизом водных растворов хлоридов:
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2 .
(суммарная реакция электролиза)
Щелочи могут быть также получены взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:
2 Li + 2 H 2 O = 2 LiOH + H 2 ,
SrO + H 2 O = Sr (OH ) 2 .
Химические свойства оснований
1. Все нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются с образованием оксидов:
2 Fe (OH ) 3 = Fe 2 O 3 + 3 H 2 O ,
Ca (OH ) 2 = CaO + H 2 O .
2. Наиболее характерной реакцией оснований является их взаимодействие с кислотами - реакция нейтрализации. В нее вступают как щелочи, так и нерастворимые основания:
NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O ,
Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O.
3. Щелочи взаимодействуют с кислотными и с амфотерными оксидами:
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + H 2 O,
2NaOH + Al 2 O 3 = 2NaAlO 2 + H 2 O.
4. Основания могут вступать в реакцию с кислыми солями:
2NaHSO 3 + 2KOH = Na 2 SO 3 + K 2 SO 3 +2H 2 O,
Ca(HCO 3) 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 ↓ + CaCO 3 + 2H 2 O.
Cu(OH) 2 + 2NaHSO 4 = CuSO 4 + Na 2 SO 4 +2H 2 O.
5. Необходимо особенно подчеркнуть способность растворов щелочей реагировать с некоторыми неметаллами (галогенами, серой, белым фосфором, кремнием):
2 NaOH + Cl 2 = NaCl + NaOCl + H 2 O (на холоду),
6 KOH + 3 Cl 2 = 5 KCl + KClO 3 + 3 H 2 O (при нагревании),
6KOH + 3S = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O,
3KOH + 4P + 3H 2 O = PH 3 + 3KH 2 PO 2 ,
2NaOH + Si + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2 .
6. Кроме того, концентрированные растворы щелочей при нагревании способны растворять также и некоторые металлы (те, соединения которых обладают амфотерными свойствами):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2 ,
Zn + 2KOH + 2H 2 O = K 2 + H 2 .
Растворы щелочей имеют рН > 7 (щелочная среда), изменяют окраску индикаторов (лакмус - синяя, фенолфталеин - фиолетовая).
М.В. Андрюxoва, Л.Н. Бopoдина