Glavne klase anorganskih tvari, osim oksida, kiselina i soli, uključuju skupinu spojeva koji se nazivaju baze ili hidroksidi. Svi oni imaju jedan plan molekularne strukture: nužno sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina povezanih s metalnim ionom u svom sastavu. Osnovni hidroksidi su genetski povezani s metalnim oksidima i solima, što određuje ne samo njihova kemijska svojstva, već i metode dobivanja u laboratoriju i industriji.
Postoji nekoliko oblika klasifikacije baza, koje se temelje kako na karakteristikama metala koji je dio molekule, tako i na sposobnosti tvari da se otapa u vodi. U našem članku razmotrit ćemo ove značajke hidroksida, kao i upoznati se s njihovim kemijskim svojstvima, o kojima ovisi upotreba baza u industriji i svakodnevnom životu.
Fizička svojstva
Sve baze formirane od aktivnih ili tipičnih metala su čvrste tvari sa širokim rasponom tališta. U odnosu na vodu, onidijele se na jako topive - alkalne i netopive u vodi. Na primjer, bazični hidroksidi koji sadrže elemente grupe IA kao katione lako se otapaju u vodi i jaki su elektroliti. Sapunaste su na dodir, nagrizaju tkaninu, kožu i nazivaju se lužinama. Kada se disociraju u otopini, detektiraju se ioni OH-, koji se određuju pomoću indikatora. Na primjer, bezbojni fenolftalein postaje grimiz u alkalnom mediju. I otopine i taline natrijevih, kalijevih, barijevih i kalcijevih hidroksida su elektroliti; provode elektricitet i smatraju se vodičima druge vrste. Topljive baze, koje se najčešće koriste u industriji, uključuju oko 11 spojeva, kao što su bazični hidroksidi natrija, kalija, amonija, itd.
Struktura osnovne molekule
Ionska veza nastaje između metalnog kationa i aniona hidroksilnih skupina u molekuli tvari. Dovoljno je jak za hidrokside netopive u vodi, pa polarne molekule vode nisu u stanju uništiti kristalnu rešetku takvog spoja. Alkalije su stabilne tvari i praktički ne stvaraju okside i vodu kada se zagrijavaju. Dakle, bazični hidroksidi kalija i natrija ključaju na temperaturama iznad 1000 °C, a pritom se ne raspadaju. U grafičkim formulama svih baza jasno se vidi da je atom kisika hidroksilne skupine jednom kovalentnom vezom vezan za atom metala, a drugom za atom vodika. Struktura molekule i vrsta kemijske veze određuju ne samo fizičku, veći sve kemijske karakteristike tvari. Zaustavimo se na njima detaljnije.
Kalcij i magnezij i značajke svojstava njihovih spojeva
Oba elementa su tipični predstavnici aktivnih metala i mogu komunicirati s kisikom i vodom. Produkt prve reakcije je bazični oksid. Hidroksid nastaje kao rezultat egzotermnog procesa koji oslobađa veliku količinu topline. Baze kalcija i magnezija su slabo topive bijele praškaste tvari. Za spojeve kalcija često se koriste sljedeći nazivi: vapneno mlijeko (ako je suspenzija u vodi) i vapnena voda. Budući da je tipičan bazični hidroksid, Ca(OH)2 komunicira s kiselim i amfoternim oksidima, kiselinama i amfoternim bazama, kao što su aluminij i cink hidroksidi. Za razliku od tipičnih alkalija otpornih na toplinu, spojevi magnezija i kalcija se pod utjecajem temperature razlažu u oksid i vodu. Obje baze, posebno Ca(OH)2, imaju široku primjenu u industriji, poljoprivredi i domaćim potrebama. Razmotrimo dalje njihovu primjenu.
Područja primjene spojeva kalcija i magnezija
Poznato je da se u gradnji koristi kemijski materijal koji se zove paperje ili gašeno vapno. To je baza kalcija. Najčešće se dobiva reakcijom vode s bazičnim kalcijevim oksidom. Kemijska svojstva osnovnih hidroksida omogućuju im široku primjenu u različitim granama nacionalnog gospodarstva. Na primjer, za čišćenje nečistoća u proizvodnjisirovi šećer, za dobivanje izbjeljivača, u bijeljenju pamučne i lanene pređe. Prije izuma ionskih izmjenjivača - kationskih izmjenjivača, u tehnologijama omekšavanja vode korištene su baze kalcija i magnezija, što je omogućilo uklanjanje ugljikovodika koji degradiraju njegovu kvalitetu. Da biste to učinili, voda se kuhala s malom količinom sode pepela ili gašenog vapna. Vodena suspenzija magnezijevog hidroksida može se koristiti kao lijek za pacijente s gastritisom za smanjenje kiselosti želučanog soka.
Svojstva bazičnih oksida i hidroksida
Za tvari ove skupine najvažnije su reakcije s kiselim oksidima, kiselinama, amfoternim bazama i solima. Zanimljivo je da se netopive baze poput bakrenih, željeznih ili nikalnih hidroksida ne mogu dobiti izravnom reakcijom oksida s vodom. U tom slučaju laboratorij koristi reakciju između odgovarajuće soli i lužine. Kao rezultat, nastaju baze koje se talože. Na primjer, tako se dobiva plavi talog bakrenog hidroksida, zeleni talog željezne baze. Nakon toga se isparavaju do čvrstih praškastih tvari koje se odnose na hidrokside netopive u vodi. Posebnost ovih spojeva je da se pod djelovanjem visokih temperatura raspadaju na odgovarajući oksid i vodu, što se ne može reći za lužine. Uostalom, u vodi topive baze su termički stabilne.
Sposobnost elektrolize
Nastavljajući proučavanje osnovnih svojstava hidroksida, zadržimo se na još jednoj osobini po kojoj se mogu razlikovati baze alkalijskih i zemnoalkalijskih metala od spojeva netopivih u vodi. To je nemogućnost potonjeg da se pod utjecajem električne struje disocira na ione. Naprotiv, taline i otopine hidroksida kalija, natrija, barija i stroncija lako se podvrgavaju elektrolizi i provodnici su druge vrste.
Dobijanje osnova
Govoreći o svojstvima ove klase anorganskih tvari, djelomično smo naveli kemijske reakcije koje su u osnovi njihove proizvodnje u laboratorijskim i industrijskim uvjetima. Najpristupačnija i najisplativija metoda može se smatrati termičkom razgradnjom prirodnog vapnenca, uslijed čega se dobiva živo vapno. Ako provedete reakciju s vodom, tada se formira bazični hidroksid - Ca (OH) 2. Mješavina ove tvari s pijeskom i vodom naziva se mort. I dalje se koristi za žbukanje zidova, za lijepljenje cigle i u drugim vrstama građevinskih radova. Alkalije se također mogu dobiti reakcijom odgovarajućih oksida s vodom. Na primjer: K2O + H2O=2KON. Proces je egzotermičan s oslobađanjem velike količine topline.
Interakcija lužina s kiselim i amfoternim oksidima
Karakteristična kemijska svojstva baza topivih u vodi uključuju njihovu sposobnost stvaranja soli u reakcijama s oksidima koji sadrže atome nemetala u molekulama,na primjer, kao što je ugljični dioksid, sumporov dioksid ili silicij oksid. Konkretno, kalcijev hidroksid se koristi za sušenje plinova, a natrijev i kalij hidroksid za dobivanje odgovarajućih karbonata. Oksidi cinka i aluminija, srodni amfoternim tvarima, mogu komunicirati i s kiselinama i s lužinama. U potonjem slučaju mogu nastati složeni spojevi, kao što je natrijev hidroksozinkat.
reakcija neutralizacije
Jedno od najvažnijih svojstava baza, netopljivih u vodi i lužinama, je njihova sposobnost da reagiraju s anorganskim ili organskim kiselinama. Ova reakcija se svodi na interakciju između dvije vrste iona: vodikove i hidroksilne skupine. To dovodi do stvaranja molekula vode: HCI + KOH=KCI + H2O. Sa stajališta teorije elektrolitičke disocijacije, cijela reakcija se svodi na stvaranje slabog, blago disociranog elektrolita - vode.
U gornjem primjeru nastala je prosječna sol - kalijev klorid. Ako se za reakciju uzmu bazični hidroksidi u količini manjoj od potrebne za potpunu neutralizaciju polibazične kiseline, tada se nakon isparavanja dobivenog produkta nalaze kristali kisele soli. Reakcija neutralizacije igra važnu ulogu u metaboličkim procesima koji se odvijaju u živim sustavima – stanicama i omogućuje im da uz pomoć vlastitih puferskih kompleksa neutraliziraju višak vodikovih iona nakupljenih u reakcijama disimilacije.
