Основните класове неорганични вещества, в допълнение към оксиди, киселини и соли, включват група съединения, наречени основи или хидроксиди. Всички те имат единен план за молекулярна структура: те задължително съдържат една или повече хидроксилни групи, свързани с метален йон в състава си. Основните хидроксиди са генетично свързани с метални оксиди и соли, което определя не само техните химични свойства, но и методите за получаване в лабораторията и индустрията.
Има няколко форми на класификация на основите, 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 нашата статия ще разгледаме тези характеристики на хидроксидите, както и ще се запознаем с техните химични свойства, от които зависи използването на основи в промишлеността и ежедневието.
Физически свойства
Всички основи, образувани от активни или типични метали, са твърди вещества с широк диапазон от точки на топене. По отношение на водата тесе делят на силно разтворими – алкални и неразтворими във вода. Например, основните хидроксиди, съдържащи елементи от група IA като катиони, лесно се разтварят във вода и са силни електролити. Те са сапунени на допир, разяждат тъканта, кожата и се наричат алкали. Когато се дисоциират в разтвор, се откриват йони OH-, които се определят с помощта на индикатори. Например, безцветният фенолфталеин става пурпурен в алкална среда. Както разтворите, така и стопилките на натриев, калиев, бариев и калциев хидроксид са електролити; провеждат електричество и се считат за проводници от втори вид. Разтворимите основи, най-често използвани в индустрията, включват около 11 съединения, като основни хидроксиди на натрий, калий, амоний и др.
Структурата на основната молекула
Образува се йонна връзка между метален катион и аниони на хидроксилните групи в молекулата на веществото. Той е достатъчно силен за водонеразтворими хидроксиди, така че полярните водни молекули не са в състояние да разрушат кристалната решетка на такова съединение. Алкалните вещества са стабилни вещества и практически не образуват оксиди и вода при нагряване. По този начин основните хидроксиди на калия и натрия кипят при температури над 1000 ° C, докато не се разлагат. В графичните формули на всички бази ясно се вижда, че кислородният атом на хидроксилната група е свързан с една ковалентна връзка с металния атом, а другата с водородния атом. Структурата на молекулата и вида на химичната връзка определят не само физическата, но ии всички химични характеристики на веществата. Нека се спрем на тях по-подробно.
Калций и магнезий и характеристики на 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 основен оксид. Хидроксидът се образува в резултат на екзотермичен процес, който отделя голямо количество топлина. Калциевите и магнезиевите основи са слабо разтворими бели прахообразни вещества. За калциевите съединения често се използват следните имена: варно мляко (ако е суспензия във вода) и варова вода. Като типичен основен хидроксид, Ca(OH)2 взаимодейства с киселинни и амфотерни оксиди, киселини и амфотерни основи, като алуминиеви и цинкови хидроксиди. За разлика от типичните топлоустойчиви алкали, магнезиевите и калциевите съединения се разлагат на оксид и вода под въздействието на температурата. И двете основи, особено Ca(OH)2, се използват широко в индустрията, селското стопанство и битовите нужди. Нека разгледаме приложението им по-нататък.
Области на приложение на съединенията на калция и магнезия
Добре известно е, че строителството използва химичен материал, наречен пух или гасена вар. Това е калциева основа. Най-често се получава при взаимодействието на вода с основен калциев оксид. Химичните свойства на основните хидроксиди им позволяват да се използват широко в различни отрасли на националната икономика. Например за почистване на примеси в производствотосурова захар, за получаване на белина, при избелването на памучни и ленени прежди. Преди изобретяването на йонообменниците - катионообменници, в технологиите за омекотяване на водата се използват калциеви и магнезиеви основи, което дава възможност да се отърват от въглеводородите, които влошават качеството му. За да направите това, водата се вари с малко количество калцинирана сода или гасена вар. Водна суспензия от магнезиев хидроксид може да се използва като средство за лечение на пациенти с гастрит за намаляване на киселинността на стомашния сок.
Свойства на основните оксиди и хидроксиди
Най-важни за веществата от тази група са реакциите с киселинни оксиди, киселини, амфотерни основи и соли. Интересно е, че неразтворими основи като медни, железни или никелови хидроксиди не могат да бъдат получени чрез директна реакция на оксида с вода. В този случай лабораторията използва реакцията между съответната сол и алкали. В резултат на това се образуват основи, които се утаяват. Така например се получава синя утайка от меден хидроксид, зелена утайка от желязна основа. Впоследствие те се изпаряват до твърди прахообразни вещества, свързани с водонеразтворими хидроксиди. Отличителна черта на тези съединения е, че под действието на високи температури те се разлагат на съответния оксид и вода, което не може да се каже за алкали. В крайна сметка, водоразтворимите основи са термично стабилни.
Способност за електролиза
Продължавайки да изучаваме основните свойства на хидроксидите, нека се спрем на още една особеност, чрез която могат да се разграничат основите на алкалните и алкалоземните метали от неразтворими във вода съединения. Това е невъзможността на последните да се дисоциират на йони под въздействието на електрически ток. Напротив, стопилките и разтворите на калиев, натриев, бариев и стронциев хидроксид лесно се подлагат на електролиза и са проводници от втория вид.
Получаване на основание
Говорейки за свойствата на този клас неорганични вещества, ние изброихме частично химичните реакции, които са в основата на тяхното производство в лабораторни и промишлени условия. Най-достъпният и рентабилен метод може да се счита за термично разлагане на естествен варовик, в резултат на което се получава негасена вар. Ако проведете реакция с вода, тогава тя образува основен хидроксид - Ca (OH) 2. Смес от това вещество с пясък и вода се нарича хоросан. Продължава да се използва за шпакловане на стени, за лепене на тухли и при други видове строителни работи. Алкали могат да се получат и чрез взаимодействие на съответните оксиди с вода. Например: K2O + H2O=2KON. Процесът е екзотермичен с отделяне на голямо количество топлина.
Взаимодействие на основи с киселинни и амфотерни оксиди
Характерните химични свойства на водоразтворимите основи включват способността им да образуват соли в реакции с оксиди, съдържащи неметални атоми в молекули,например, като въглероден диоксид, серен диоксид или силициев оксид. По-специално, калциевият хидроксид се използва за изсушаване на газове, а натриевият и калиевият хидроксид за получаване на съответните карбонати. Оксидите на цинка и алуминия, свързани с амфотерни вещества, могат да взаимодействат както с киселини, така и с основи. В последния случай могат да се образуват комплексни съединения, като натриев хидроксоцинкат.
Реакция на неутрализация
Едно от най-важните свойства на основите, както неразтворими във вода, така и в основи, е способността им да реагират с неорганични или органични киселини. Тази реакция се свежда до взаимодействието между два вида йони: водородни и хидроксилни групи. Това води до образуването на водни молекули: HCI + KOH=KCI + H2O. От гледна точка на теорията на електролитната дисоциация, цялата реакция се свежда до образуването на слаб, слабо дисоцииран електролит - вода.
В горния пример се образува средна сол - калиев хлорид. Ако за реакцията се вземат основни хидроксиди в количество, по-малко от необходимото за пълната неутрализация на многоосновната киселина, тогава при изпаряване на получения продукт се откриват кристали на киселинната сол. Реакцията на неутрализация играе важна роля в метаболитните процеси, протичащи в живите системи – клетките и им позволява с помощта на собствени буферни комплекси да неутрализират излишното количество водородни йони, натрупани в реакциите на дисимилация.
