Основни хидроксиди и техните химични свойства

Основните класове неорганични вещества, с изключение на оксиди, киселини и соли, включват група съединения, наречени бази или хидроксиди. Всички те имат единствен план за структурата на молекулата: те задължително съдържат една или повече хидроксилни групи, свързани с металния йон. Основните хидроксиди са генетично свързани с металните оксиди и соли, което води не само до техните химични свойства, но и до производствени методи в лабораторията и промишлеността.

Има няколко форми на класификация на базите, които се основават както на характеристиките на метала, който е част от молекулата, така и на способността на веществото да се разтваря във вода. В тази статия ще разгледаме тези характеристики на хидроксидите и също така ще се запознаем с техните химични свойства, от които зависи използването на бази в промишлеността и ежедневието.

Физични свойства

Всички бази, образувани от активни или типични метали, са твърди вещества, имащи широк диапазон от точки на топене. По отношение на водата те се разделят на силно разтворими - алкални и неразтворими във вода. Например, основни хидроксиди, съдържащи елементи от група IA като катиони лесно се разтварят във вода и са силни електролити. Те са сапун на пипане, корозират тъканта, кожата и се наричат ​​алкали. Когато се дисоциират в разтвор, се откриват йони на ОН^-, определени чрез индикатори. Например, безцветен фенолфталеин в алкална среда става пурпурен. И двата разтвора и стопилки на натриев, калиев, бариев, калциев хидроксид са електролити, т.е. провеждат електрически ток и се считат за проводници от втория вид. Към разтворимите бази, които най-често се използват в промишлеността, има около 11 съединения, като например основни хидроксиди на натрий, калий, амоний и др.

Структурата на базовата молекула

Между металния катион и анионите на хидроксилната група в молекулата на веществото се образува йонна връзка. Той е достатъчно силен за водонеразтворими хидроксиди, така че полярните водни молекули не са в състояние да унищожат кристалната решетка на такова съединение. Алкали са вещества, които са стабилни и практически не образуват оксид и вода при загряване. Така че основните хидроксиди на калий и натрий кипят при температура над 1000 ° C, докато не се разлагат. В графичните формули на всички основи ясно се вижда, че кислородният атом на хидроксилната група е свързан чрез една ковалентна връзка към металния атом, а другият към водородния атом. Структурата на молекулата и видът на химическото свързване причиняват не само физични, но и всички химични характеристики на веществата. Нека да ги разгледаме по-подробно.

Калций и магнезий и свойствата на техните съединения

И двата елемента са типични представители на активните метали и могат да взаимодействат с кислород и вода. Продуктът от първата реакция е основният оксид. Хидроксид се образува в резултат на екзотермичен процес, като се процедира с отделянето на голямо количество топлина. Базите на калций и магнезий са слабо разтворими бели прахообразни вещества. За калциевото съединение често се използват следните наименования: варово мляко (ако е суспензия във вода) и вар вода. Като типичен основен хидроксид, Ca (OH)₂ взаимодейства с киселинни и амфотерни оксиди, киселини и амфотерни основи, например с алуминиеви и цинкови хидроксиди. За разлика от типичните основи, устойчиви на топлина, магнезиевите и калциевите съединения се разлагат на окис и вода под влияние на температурата. И двете бази, особено Са (ОН)₂, широко използвани в промишлеността, селското стопанство и вътрешните нужди. Да разгледаме тяхното приложение по-нататък.

Области на приложение на калциеви и магнезиеви съединения

Известно е, че в строителството се използва химически материал, наречен прахообразна или шлакова вар. Това е основата на калций. Най-често се получава при реакцията на водата с основния калциев оксид. Химичните свойства на основните хидроксиди позволяват широкото им използване в различни отрасли на националната икономика. Например, за почистване на примеси в производството на сурова захар, за производство на белина, в избелване памук и лен, прежда. Преди изобретяването на йонообменници - катионобменни, основите на калций и магнезий се използват в технологиите за омекотяване на водата, което позволява да се отърват от хидрокарбонатите, което влошава качеството му. За това водата се вари с малко количество калцинирана сода или хидратирана вар. Водна суспензия на магнезиев хидроксид може да се използва като терапевтичен агент за пациенти с гастрит, за да се намали киселинността на стомашния сок.

Свойства на основни оксиди и хидроксиди

Най-важните за веществата в тази група са реакциите с киселинни оксиди, киселини, амфотерни основи и соли. Интересното е, че неразтворими основи, като например мед, желязо или никелови хидроксиди, не могат да бъдат получени чрез директна реакция на оксида с вода. В този случай реакцията между съответната сол и алкали се използва в лабораторията. В резултат на това се образуват бази, които се утаяват. Така например се получава синя утайка от меден хидроксид - зелена утайка от основата на желязо желязо. След това те се изпаряват до твърди прахообразни вещества, свързани с водонеразтворими хидроксиди. Отличителна черта на тези съединения е, че при въздействието на високите температури те се разлагат в съответния оксид и вода, което не може да се каже за алкали. В крайна сметка водоразтворимите основи са термично стабилни.

Възможност за електролизиране

Продължавайки да изучаваме основните свойства на хидроксидите, ще разгледаме още една особеност, чрез която е възможно да се разграничат основите на алкалните и алкалоземните метали от водонеразтворимите съединения. Това е неспособността на последния да се раздели на йони под действието на електрически ток. Напротив, стопилки и разтвори на калиев, натриев, бариев, стронциев хидроксид лесно преминават електролиза и са проводници от втори вид.

Приготвяне на основи

Говорейки за свойствата на този клас неорганични вещества, ние частично изброихме химичните реакции, които стоят в основата на тяхното производство при лабораторни и промишлени условия. Най-достъпният и икономически изгоден е методът на термично разлагане на естествен варовик, в резултат на което негасена вар. Ако се извършва реакция с вода, тя образува основен хидроксид - Ca (OH)₂. Смес от това вещество с пясък и вода се нарича хоросан. Той продължава да се използва за шпакловане на стени, за облицоване на тухли и други видове строителни работи. Алкали могат да се получат и чрез взаимодействие на съответните оксиди с вода. Например: K₂О + Н₂О = 2КОН. Процесът е екзотермичен с освобождаването на голямо количество топлина.

Взаимодействие на алкали с киселинни и амфотерни оксиди

Характерните химични свойства на водоразтворими основи включват способността им да образуват соли при реакции с оксиди, съдържащи неметални атоми в молекулите, например като въглероден диоксид, серен диоксид или силициев оксид. По-специално, за изтичане на газове се използва калциев хидроксид и натриеви и калиеви хидроксиди за получаване на съответните карбонати. Цинк и алуминиеви оксиди, свързани с амфотерни вещества, могат да взаимодействат както с киселини, така и с основи. В последния случай могат да се образуват сложни съединения, например, като натриев хидрокси-цинкат.

Реакция на неутрализация

Едно от най-важните свойства на базите, неразтворими във вода и алкали, е тяхната способност да реагират с неорганични или органични киселини. Тази реакция се редуцира до взаимодействието на два вида йони: водород и хидроксилни групи. Това води до образуването на водни молекули: HCI + KOH = KCI + H₂За. От гледна точка на теорията на електролитната дисоциация, цялата реакция намалява до образуването на слабо дисоцииран електролит - вода.

В този пример се образува средна сол - калиев хлорид. Ако за реакцията се вземат базични хидроксиди в количество, което е по-малко, отколкото е необходимо, за да се неутрализира напълно полисновата киселина, след изпаряване на образувания продукт се откриват кристали на киселинната сол. Реакцията на неутрализация играе важна роля в метаболитните процеси, протичащи в живите системи-клетки и им позволява със свои собствени буферни комплекси да неутрализират излишното количество водородни йони, акумулиращи се в реакциите на дисимилация.