Основания в химии

Основания в химии – совокупность соединений с характерной способностью к взаимодействию с кислотами, в результате которого происходит образование солей. Основания связаны с основными оксидами.

Определение. Структура и формула основания

Основания (основные гидроксиды) – соединения, образуемые связью между положительно заряженным ионом металла и высокореакционной гидроксильной группой – анионом OH-. В зависимости от валентности металла его ион может присоединять одну или несколько гидроксогрупп.

В составе основания катион металла и протон H+, входящий в гидроксогруппу, взаимно отталкиваются. Их удерживает притяжение к отрицательному иону кислорода O2-, причем протон расположен ближе и притягивается сильнее. Связь с металлом менее прочна, и ее величина определяется радиусом металлического иона.

Общий вид формулы основного гидроксида — MeOHn. Для определения величины n – количества гидроксогрупп, присоединяющихся к металлу, необходимо знать его степень окисления :

натрий Na+ n=1 NaOH
железо(II) Fe2+ n=2 FeOH2
железо(III) Fe3+ n=3 FeOH3

В качестве основания может рассматриваться гидрат аммиака () в водном растворе, в этом случае формула данного соединения записывается как NH4OH.

Номенклатура

Наименования оснований строятся по правилу: «гидроксид + название металла». Если степень окисления металла непостоянна, в названии указывается его валентность: гидроксид железа(III).

Некоторые основания имеют, помимо систематических, тривиальные (традиционные и технические) названия:

Основание

Тривиальное название

гидроксид натрия NaOH едкий натр; каустик (техн.)
гидроксид калия KOH едкое кали; калиевый щелок
гидрат аммиака NH4OH (в растворе – гидроксид аммония) аммиачная вода
гидроксид кальция Ca (OH2) гашеная известь; пушонка
гидроксид бария Ba (OH2) (в растворе) баритовая вода

Классификация

Основания подразделяются по следующим признакам:

Растворимость в воде:

  • растворимые – гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, тяжелого металла таллия(I) TlOH, а также гидроксид аммония;
  • нерастворимые.

Кислотность – количество n соединенных с металлом гидроксид-ионов OH-: одно-, двух-, трехкислотные.

Сила – способность к диссоциации, то есть отдаче гидроксид-ионов:

  • сильные (все растворимые, за исключением гидроксида аммония, и малорастворимые гидроксиды щелочноземельных металлов кальция Ca(OH2) и стронция Sr(OH2);
  • слабые (нерастворимые в воде основания и гидроксид аммония NH4OH).

Щелочи

К щелочам относят сильные основания, растворимые в воде. В отношении гидроксидов кальция и стронция понятие «щелочь» применяется к растворенной части:

Формула щелочи имеет вид ROH либо ROH2  в зависимости от степени окисления образующего ее металла R. Трехосновных щелочей не существует. В таблице представлены щелочи, образованные металлами разных групп периодической таблицы:

Металлы

Гидроксиды

Щелочные (I A):

  • Li (литий)
  • Na (натрий)
  • K (калий)
  • Rb (рубидий)
  • Cs (цезий)
«Едкие щелочи»:

LiOH

NaOH

KOH

RbOH

CsOH

Щелочноземельные (II A):

  • Ca (кальций)
  • Sr (стронций)
  • Ba (барий)
  • Ra (радий)
Ca(OH2)

Sr(OH2)

Ba(OH2)

Ra(OH2)

III A:

  • TlI таллий(I)
TlOH

Чем больше радиус металлического катиона и чем меньше его заряд (степень окисления), тем слабее связь с гидроксогруппой OH- и, следовательно, тем сильнее основание. Наиболее сильные щелочи в химии – это гидроксиды цезия и радия: у этих металлов самые крупные ионы. Соответственно слабейшая из щелочей – гидроксид лития.

Свойства

В стандартных условиях основания – твердые вещества с кристаллическим строением, различных оттенков (чаще белые или бесцветные), без запаха. Едкие щелочи в твердом состоянии чрезвычайно гигроскопичны. Расплавы и растворы щелочей являются электролитами.

Водные растворы щелочей – мылкие жидкости, вызывающие изменение цвета индикаторов:

  • лакмус: фиолетовый → синий;
  • фенолфталеин: бесцветный → малиновый;
  • метилоранж: оранжевый → желтый;
  • универсальный: оранжевый → синий.

Концентрированные щелочные растворы опасны в обращении. При работе с ними необходимо использовать средства защиты и соблюдать технику безопасности. Едкие щелочи растворяются не только в воде, но также в метаноле и этаноле.

Химические свойства

1. В растворах и расплавах сильные основания диссоциируют:

Гидроксид аммония – неустойчивое соединение и самопроизвольно разлагается на аммиак и воду:

2. Взаимодействие с кислотами

Реакции нейтрализации между щелочью и кислотой, продуктами которых являются соль и вода:

Ионное уравнение: ; сокращенное .

Слабое основание не диссоциирует, поэтому для реакции

  • Реакция протекает не до конца при избытке одного из реагентов:

– образуется основная соль сульфат гидроксомеди(II);

– образуется кислая соль дигидрофосфат натрия.

Если оба реагента слабые, реакция не идет.

3. Взаимодействие с оксидами и гидроксидами

  • Между щелочью и кислотным оксидом с образованием соли и воды:

  • Между щелочным расплавом и амфотерным оксидом либо гидроксидом:

  • Между раствором щелочи и амфотерным оксидом (гидроксидом):

В реакциях этого типа образуется комплексная соль (здесь – гексагидроксоалюминат натрия).

Нерастворимые основания принадлежат к амфотерным гидроксидам: по отношению к сильным основаниям они обладают кислотными свойствами.

4. Между щелочью и растворимой солью протекает реакция обмена, если хотя бы один из продуктов выпадает в осадок:

Ионное уравнение: ; сокращенное – .

5. Участие в окислительно-восстановительных реакциях с металлами, не образующими основных оксидов (Be, Al, Zn, Sn), и с некоторыми неметаллами:

6. Разложение на оксид и воду при нагревании нерастворимых и малорастворимых оснований:

.

Легкорастворимые щелочи устойчивы к нагреванию, за исключением гидроксида лития.

Получение

Это интересно:

Масса молекул. Количество вещества и моль

О химических элементах и атомах

Применение

Физико-химические свойства оснований сделали их незаменимыми веществами во всех отраслях, использующих химические технологии:

  • в добыче полезных ископаемых и металлургии;
  • в производстве потребительских товаров, косметической, пищевой и фармацевтической продукции;
  • в производстве красителей, бытовой химии и удобрений;
  • в топливной и химической промышленности;
  • в строительстве и многих других областях.

Наиболее широко применяются щелочи, но и нерастворимые основания используются в производстве полимеров, в очистных сооружениях, в медицине, в электротехнике.

Задания

1. Какое соединение в ряду KOH, Ra(OH2), BeO, P2O5, HBrO3, Al(OH3) является:

    1. амфотерным оксидом;
    2. едкой щелочью;
    3. кислотным оксидом;
    4. нерастворимым основанием;
    5. гидроксидом щелочноземельного металла?

2. Какое основание в каждой из пар является более сильным?

    1. Ca(OH)2 или Mg(OH)2;
    2. Ba(OH)2 или Ca(OH)2;
    3. Ra(OH)2 или CsOH;
    4. Sr(OH0)2 или Al(OH)3;
    5. KOH или LiOH.

3. Какие соединения образуются в результате реакции Zn(OH)2+H2SO4? Напишите ее молекулярное и ионное уравнения.

4. Какие соединения являются продуктом реакции между гидроксидом натрия и оксидом азота(V)? Напишите уравнения в молекулярной и ионной форме.

5. Какое основание можно получить, используя реакцию между гидроксидом калия и сульфатом магния? Запишите ее уравнения.

6. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, позволяющих осуществить превращения .

Ответы

Ссылка на основную публикацию