Glavni razredi anorganskih snovi, poleg oksidov, kislin in soli, vključujejo skupino spojin, imenovanih baze ali hidroksidi. Vsi imajo enoten načrt molekularne strukture: v svoji sestavi nujno vsebujejo eno ali več hidroksilnih skupin, povezanih s kovinskim ionom. Osnovni hidroksidi so genetsko povezani s kovinskimi oksidi in solmi, kar določa ne le njihove kemične lastnosti, temveč tudi metode pridobivanja v laboratoriju in industriji.
Obstaja več oblik klasifikacije baz, ki temeljijo tako na značilnostih kovine, ki je del molekule, kot na sposobnosti snovi, da se raztopi v vodi. V našem članku bomo obravnavali te značilnosti hidroksidov in se seznanili z njihovimi kemičnimi lastnostmi, od katerih je odvisna uporaba baz v industriji in vsakdanjem življenju.
Fizične lastnosti
Vse baze, ki jih tvorijo aktivne ali tipične kovine, so trdne snovi s širokim razponom tališč. V zvezi z vodo sodelimo na zelo topne - alkalne in netopne v vodi. Na primer, bazični hidroksidi, ki vsebujejo elemente skupine IA kot katione, se zlahka raztopijo v vodi in so močni elektroliti. Na dotik so milne, razjedajo tkanino, kožo in se imenujejo alkalije. Ko se v raztopini disociirajo, se zaznajo ioni OH-, ki jih določimo s pomočjo indikatorjev. Na primer, brezbarvni fenolftalein v alkalnem mediju postane škrlaten. Tako raztopine kot taline natrijevega, kalijevega, barijevega in kalcijevega hidroksida so elektroliti; prevajajo elektriko in se štejejo za prevodnike druge vrste. Topne baze, ki se najpogosteje uporabljajo v industriji, vključujejo približno 11 spojin, kot so bazični hidroksidi natrija, kalija, amonija itd.
Struktura osnovne molekule
Ionska vez nastane med kovinskim kationom in anioni hidroksilnih skupin v molekuli snovi. Je dovolj močan za v vodi netopne hidrokside, zato polarne molekule vode ne morejo uničiti kristalne mreže takšne spojine. Alkalije so stabilne snovi in pri segrevanju praktično ne tvorijo oksida in vode. Tako bazični hidroksidi kalija in natrija vrejo pri temperaturah nad 1000 ° C, medtem ko se ne razgradijo. V grafičnih formulah vseh baz je jasno razvidno, da je atom kisika hidroksilne skupine vezan z eno kovalentno vezjo na atom kovine, z drugo pa na atom vodika. Struktura molekule in vrsta kemične vezi določata ne le fizično, ampakin vse kemijske lastnosti snovi. Oglejmo si jih podrobneje.
Kalcij in magnezij ter značilnosti lastnosti njihovih spojin
Oba elementa sta tipična predstavnika aktivnih kovin in lahko medsebojno delujeta s kisikom in vodo. Produkt prve reakcije je bazični oksid. Hidroksid nastane kot posledica eksotermnega procesa, ki sprošča veliko količino toplote. Kalcijeve in magnezijeve baze so slabo topne bele praškaste snovi. Za kalcijeve spojine se pogosto uporabljajo naslednja imena: apneno mleko (če je suspenzija v vodi) in apnena voda. Kot tipičen bazični hidroksid, Ca(OH)2 sodeluje s kislimi in amfoternimi oksidi, kislinami in amfoternimi bazami, kot sta aluminijev in cinkov hidroksid. Za razliko od tipičnih alkalij, odpornih na toploto, se magnezijeve in kalcijeve spojine pod vplivom temperature razgradijo v oksid in vodo. Obe bazi, zlasti Ca(OH)2, se pogosto uporabljata v industriji, kmetijstvu in domačih potrebah. Razmislimo o njihovi uporabi še naprej.
Področja uporabe kalcijevih in magnezijevih spojin
Znano je, da se pri gradnji uporablja kemični material, imenovan puh ali gašeno apno. Je baza kalcija. Najpogosteje ga dobimo z reakcijo vode z bazičnim kalcijevim oksidom. Kemične lastnosti osnovnih hidroksidov omogočajo njihovo široko uporabo v različnih vejah nacionalnega gospodarstva. Na primer za čiščenje nečistoč v proizvodnjisurovega sladkorja, za pridobivanje belila, pri beljenju bombažne in lanene preje. Pred izumom ionskih izmenjevalcev - kationskih izmenjevalcev so bile v tehnologijah mehčanja vode uporabljene kalcijeve in magnezijeve baze, kar je omogočilo, da se znebimo ogljikovodikov, ki poslabšajo njeno kakovost. Da bi to naredili, smo vodo kuhali z majhno količino sode ali gašenega apna. Vodna suspenzija magnezijevega hidroksida se lahko uporablja kot zdravilo za bolnike z gastritisom za zmanjšanje kislosti želodčnega soka.
Lastnosti bazičnih oksidov in hidroksidov
Za snovi te skupine so najpomembnejše reakcije s kislinskimi oksidi, kislinami, amfoternimi bazami in solmi. Zanimivo je, da netopnih baz, kot so bakrov, železov ali nikljev hidroksid, ni mogoče dobiti z neposredno reakcijo oksida z vodo. V tem primeru laboratorij uporablja reakcijo med ustrezno soljo in alkalijo. Posledično nastanejo baze, ki se oborijo. Tako se na primer dobi modra oborina bakrovega hidroksida, zelena oborina železove baze. Nato se uparijo v trdne praškaste snovi, ki so povezane z vodo netopnimi hidroksidi. Posebnost teh spojin je, da se pod vplivom visokih temperatur razgradijo na ustrezen oksid in vodo, česar ne moremo reči za alkalije. Navsezadnje so vodotopne baze toplotno stabilne.
zmožnost elektrolize
Če nadaljujemo s preučevanjem osnovnih lastnosti hidroksidov, se osredotočimo na še eno lastnost, po kateri lahko ločimo baze alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin od spojin, ki so netopne v vodi. To je nezmožnost slednjega, da se pod vplivom električnega toka disociira na ione. Nasprotno, taline in raztopine kalijevih, natrijevih, barijevih in stroncijevih hidroksidov se zlahka podvržejo elektrolizi in so prevodniki druge vrste.
Pridobivanje razlogov
Ko že govorimo o lastnostih tega razreda anorganskih snovi, smo delno našteli kemijske reakcije, ki so osnova njihove proizvodnje v laboratorijskih in industrijskih pogojih. Najbolj dostopna in stroškovno učinkovita metoda se lahko šteje za toplotno razgradnjo naravnega apnenca, zaradi česar se pridobi živo apno. Če izvedete reakcijo z vodo, potem tvori bazični hidroksid - Ca (OH) 2. Mešanica te snovi s peskom in vodo se imenuje m alta. Še naprej se uporablja za ometanje sten, za lepljenje opeke in pri drugih vrstah gradbenih del. Alkalije lahko dobimo tudi z reakcijo ustreznih oksidov z vodo. Na primer: K2O + H2O=2KON. Postopek je eksotermen s sproščanjem velike količine toplote.
Interakcija alkalij s kislimi in amfoternimi oksidi
Značilne kemijske lastnosti vodotopnih baz vključujejo njihovo sposobnost tvorbe soli v reakcijah z oksidi, ki vsebujejo nekovinske atome v molekulah,na primer ogljikov dioksid, žveplov dioksid ali silicijev oksid. Zlasti kalcijev hidroksid se uporablja za sušenje plinov, natrijev in kalijev hidroksid pa za pridobivanje ustreznih karbonatov. Oksidi cinka in aluminija, ki so povezani z amfoternimi snovmi, lahko medsebojno delujejo tako s kislinami kot z alkalijami. V slednjem primeru lahko nastanejo kompleksne spojine, kot je natrijev hidroksocinkat.
reakcija nevtralizacije
Ena najpomembnejših lastnosti baz, netopnih v vodi in alkalijah, je njihova sposobnost, da reagirajo z anorganskimi ali organskimi kislinami. Ta reakcija se reducira na interakcijo med dvema vrstama ionov: vodikovimi in hidroksilnimi skupinami. Privede do tvorbe vodnih molekul: HCI + KOH=KCI + H2O. Z vidika teorije elektrolitske disociacije se celotna reakcija zmanjša na nastanek šibkega, rahlo disociiranega elektrolita - vode.
V zgornjem primeru je nastala povprečna sol - kalijev klorid. Če za reakcijo vzamemo bazične hidrokside v količini, ki je manjša od potrebne za popolno nevtralizacijo polibazične kisline, potem ob izhlapevanju nastalega produkta najdemo kristale kisle soli. Reakcija nevtralizacije ima pomembno vlogo pri presnovnih procesih, ki se pojavljajo v živih sistemih – celicah in jim omogoča, da s pomočjo lastnih puferskih kompleksov nevtralizirajo presežno količino vodikovih ionov, nakopičenih v reakcijah disimilacije.
