До основних класів неорганічних речовин, крім оксидів, кислот і солей, відноситься група сполук, які називаються підставами або гідроксидами. Всі вони мають єдиний план будови молекули: обов'язково містять у її складі одну або декілька гідроксильних груп, сполучених з іоном металу. Основні гідроксиди генетично пов'язані з оксидами металів і солями, це обумовлює не тільки їх хімічні властивості, але і способи отримання в лабораторії і промисловості.
Існує кілька форм класифікації підстав, які базуються як на характеристиці металу, що входить до складу молекули, так і на здатності речовини розчинятися у воді. У нашій статті ми розглянемо ці особливості гідроксидів, а також ознайомимося з їх хімічними властивостями, від яких залежить підстав застосування в промисловості та побуті.
Фізичні властивості
Всі підстави, утворені активними або типовими металами, являють собою тверді речовини, що володіють широким діапазоном температур плавлення. По відношенню до води вони поділяються на добре розчинні – луги й нерозчинні у воді. Наприклад, основні гідроксиди, що містять в якості катіонів елементи IA групи, легко розчиняються у воді і є сильними електролітами. Вони мильні на дотик, роз'їдають тканину, шкіру і називаються лугами. При їх дисоціації в розчині виявляються іони ВІН - , визначені за допомогою індикаторів. Наприклад, безбарвний фенолфталеїн в лужному середовищі стає малиновим. Як розчини, так і розплави гідроксидів натрію, калію, барію, кальцію є електролітами, тобто проводять електричний струм і вважаються провідниками другого роду. До розчинним підстав, найбільш часто використовуваних в промисловості, відноситься близько 11 з'єднань, наприклад, таких, як основні гідроксиди натрію, калію, амонію та ін
Будова молекули підстави
Між катіоном металу і аніонами гідроксильних груп у молекулі речовини утворюється іонна зв'язок. Вона досить міцна у нерозчинних гідроксидів у воді, тому полярні молекули води не здатні зруйнувати кристалічну решітку такого з'єднання. Луги є стійкими речовинами і практично не утворюють при нагріванні оксид і воду. Так, основні гідроксиди калію і натрію киплять при температурі більш 1000 °С, при цьому вони не розкладаються. В графічних формулах всіх підстав добре видно, що атом кисню гідроксильної групи зв'язується одним ковалентним зв'язком з атомом металу, а інший – з атомом водню. Будова молекули і тип хімічного зв'язку обумовлюють не тільки фізичні, але і всі хімічні характеристики речовин. Зупинимося на них докладніше.
Кальцій і магній і особливості їх властивостей сполук
Обидва елементи є типовими представниками активних металів та можуть взаємодіяти з киснем і водою. Продуктом першої реакції є основний оксид. Гідроксид утворюється внаслідок екзотермічного процесу, що йде з виділенням великої кількості теплоти. Підстави кальцію і магнію являють собою малорозчинні білі порошкоподібні речовини. Для сполуки кальцію часто застосовують такі назви: вапняне молоко (якщо це суспензія у воді) і вапняна вода. Будучи типовим основним гідроксидом, Са(ОН) 2 взаємодіє з кислотними та амфотерними оксидами, кислотами та амфотерними підставами, наприклад, з гідроксидами алюмінію і цинку. На відміну від типових лугів, стійких до нагрівання, з'єднання магнію і кальцію під дією температури розкладаються на оксид і воду. Обидва підстави, особливо Са(ВІН) 2 широко використовуються в промисловості, сільському господарстві і в побутових потребах. Розглянемо їх застосування далі.
Області застосування сполук кальцію і магнію
Добре відомо, що в будівництві застосовують хімічний матеріал, званий пушенкой або гашеним вапном. Це - основа кальцію. Чаші усього його отримують реакцією води з основним оксидом кальцію. Хімічні властивості основних гідроксидів дозволяють широко використовувати їх у різних галузях народного господарства. Наприклад, для очищення домішок у виробництві цукру-сирцю, для одержання хлорного вапна, у відбілюванні бавовняної та лляної пряжі. До винаходу іонообмінників – катіонітів, підстави кальцію і магнію застосовували технології пом'якшення води, що дозволяло позбутися гідрокарбонатів, погіршують її якість. Для цього воду кип'ятили з невеликою кількістю кальцинованої соди або гашеного вапна. Водну суспензію гідроксиду магнію можна застосовувати в якості лікувального засобу хворим гастритом для зниження кислотності шлункового соку.
Властивості основних оксидів та гідроксидів
Найбільш важливими для речовин групи є реакції з кислотними оксидами, кислотами, амфотерними основами і солями. Цікаво, що нерозчинні основи, наприклад, такі як гідроксиди міді, заліза або нікелю можна отримати прямий реакцією оксиду з водою. У цьому випадку в лабораторії користуються реакцією між відповідної сіллю і лугом. В результаті утворюються підстави, які випадають в осад. Наприклад, так отримують блакитний осад гідроксиду міді, зелений осад підстави двовалентного заліза. Надалі їх випарюють до твердих порошкоподібних речовин, що належать до нерозчинним у воді гидроксидам. Відмітна особливість цих сполук полягає в тому, що при дії високих температур вони розкладаються на відповідний оксид і воду, чого не можна сказати про лугах. Адже розчинні у воді основи є термічно стійкими.
Здатність до електролізу
Продовжуючи вивчати основні властивості гідроксидів, зупинимося ще на одній лінії, по якій можна відрізнити підстави лужних і лужно-земельних металів від нерозчинних у воді сполук. Це неможливість останніх дисоціювати на іони під дією електричного струму. Навпаки, розплави і розчини гідроксидів калію, натрію, барію, стронцію легко піддаються електролізу і є провідниками другого роду.
Отримання підстав
Говорячи про властивості цього класу неорганічних речовин, ми частково перерахували хімічні реакції, що лежать в основі їх отримання в лабораторних і промислових умовах. Найбільш доступним та економічно вигідним можна вважати спосіб термічного розкладання природного вапняку, в результаті якого отримати негашене вапно. Якщо провести реакцію з водою, то вона утворює гідроксид основного характеру – Са(ВІН) 2 . Суміш цієї речовини з піском і водою називають будівельним розчином. Його продовжують використовувати для штукатурення стін, для зв'язування цегли і в інших видах будівельних робіт. Лугу можна також отримати реакцією відповідних оксидів водою. Наприклад: До 2 О + Н 2 ПРО = 2КОН. Процес є екзотермічним йде з виділенням великої кількості теплоти.
Взаємодія лугів з кислотними та амфотерними оксидами
До характерних хімічних властивостей розчинних у воді підстав можна віднести їх здатність утворювати солі в реакціях з оксидами, що містять у молекулах атоми неметалів, наприклад, такими, як вуглекислий газ, діоксид сірки або оксид кремнію. Зокрема, гідроксид кальцію використовують для осушення газів, а гідроксиди натрію та калію для отримання відповідних карбонатів. Оксиди цинку і алюмінію, що відносяться до амфотерним речовин, можуть взаємодіяти як з кислотами, так і з лугами. В останньому випадку можуть утворюватися комплексні сполуки, наприклад, такі, як гидроксоцинкат натрію.
Реакція нейтралізації
Одним з найбільш важливих властивостей підстав, як нерозчинних у воді, так і лугів, є їх здатність реагувати з неорганічними або органічними кислотами. Дана реакція зводиться до взаємодії між собою двох видів іонів: водню і гідроксильних груп. Воно призводить до утворення молекул води: HCI + КОН = KCI + Н 2 Про . З точки зору теорії електролітичної дисоціації вся реакція зводиться до утворення слабкого малодиссоциированного електроліту – води.
У наведеному прикладі утворилася середня сіль – хлорид калію. Якщо ж для реакції взяті гідроксиди основного характеру в кількості, меншій, ніж потрібно для повної нейтралізації многоосновной кислоти, то при випаровуванні утворився продукту виявляються кристали кислої солі. Реакція нейтралізації відіграє важливу роль у метаболічних процесах, що протікають в живих системах – клітинах і дозволяє їм за допомогою власних комплексів буферних нейтралізувати надлишкову кількість іонів водню, які накопичуються в реакціях дисиміляції.
