Główne klasy substancji nieorganicznych, oprócz tlenków, kwasów i soli, obejmują grupę związków zwanych zasadami lub wodorotlenkami. Wszystkie mają jeden plan struktury molekularnej: koniecznie zawierają w swoim składzie jedną lub więcej grup hydroksylowych połączonych z jonem metalu. Zasadowe wodorotlenki są genetycznie spokrewnione z tlenkami i solami metali, co determinuje nie tylko ich właściwości chemiczne, ale także sposoby ich otrzymywania w laboratorium i przemyśle.
Istnieje kilka form klasyfikacji zasad, które opierają się zarówno na właściwościach metalu wchodzącego w skład cząsteczki, jak i na zdolności substancji do rozpuszczania się w wodzie. W naszym artykule rozważymy te cechy wodorotlenków, a także zapoznamy się z ich właściwościami chemicznymi, od których zależy zastosowanie zasad w przemyśle i życiu codziennym.
Właściwości fizyczne
Wszystkie zasady utworzone przez aktywne lub typowe metale są ciałami stałymi o szerokim zakresie temperatur topnienia. W stosunku do wodydzielą się na wysoce rozpuszczalne - alkaliczne i nierozpuszczalne w wodzie. Na przykład zasadowe wodorotlenki zawierające pierwiastki z grupy IA jako kationy łatwo rozpuszczają się w wodzie i są silnymi elektrolitami. Są mydlane w dotyku, korodują tkaniny, skórę i nazywane są alkaliami. Gdy dysocjują w roztworze, wykrywane są jony OH-, które określa się za pomocą wskaźników. Na przykład bezbarwna fenoloftaleina staje się szkarłatna w środowisku alkalicznym. Zarówno roztwory, jak i stopione wodorotlenki sodu, potasu, baru i wapnia są elektrolitami; przewodzą prąd i są uważane za przewodniki drugiego rodzaju. Zasady rozpuszczalne, najczęściej stosowane w przemyśle, zawierają około 11 związków, takich jak zasadowe wodorotlenki sodu, potasu, amonu itp.
Struktura cząsteczki podstawowej
Wiązanie jonowe powstaje między kationem metalu a anionami grup hydroksylowych w cząsteczce substancji. Jest wystarczająco silny dla nierozpuszczalnych w wodzie wodorotlenków, więc polarne cząsteczki wody nie są w stanie zniszczyć sieci krystalicznej takiego związku. Zasady są substancjami trwałymi i po podgrzaniu praktycznie nie tworzą tlenku i wody. Tak więc podstawowe wodorotlenki potasu i sodu gotują się w temperaturach powyżej 1000 ° C, jednocześnie nie rozkładając się. We wzorach graficznych wszystkich zasad wyraźnie widać, że atom tlenu grupy hydroksylowej jest związany jednym wiązaniem kowalencyjnym z atomem metalu, a drugim z atomem wodoru. Struktura cząsteczki i rodzaj wiązania chemicznego determinują nie tylko fizyczne, aleoraz wszystkie właściwości chemiczne substancji. Przyjrzyjmy się im bardziej szczegółowo.
Wapń i magnez oraz cechy właściwości ich związków
Oba pierwiastki są typowymi przedstawicielami metali aktywnych i mogą wchodzić w interakcje z tlenem i wodą. Produktem pierwszej reakcji jest zasadowy tlenek. Wodorotlenek powstaje w wyniku egzotermicznego procesu, który uwalnia dużą ilość ciepła. Bazy wapniowe i magnezowe to trudno rozpuszczalne, białe substancje w postaci proszku. Dla związków wapnia często używa się następujących nazw: mleko wapienne (jeśli jest to zawiesina wodna) i woda wapienna. Będąc typowym zasadowym wodorotlenkiem, Ca(OH)2 oddziałuje z tlenkami kwasowymi i amfoterycznymi, kwasami i zasadami amfoterycznymi, takimi jak wodorotlenki glinu i cynku. W przeciwieństwie do typowych zasad żaroodpornych, związki magnezu i wapnia pod wpływem temperatury rozkładają się na tlenek i wodę. Obie zasady, zwłaszcza Ca(OH)2, są szeroko stosowane w przemyśle, rolnictwie i potrzebach domowych. Rozważmy dalej ich zastosowanie.
Obszary zastosowania związków wapnia i magnezu
Dobrze wiadomo, że w budownictwie wykorzystuje się materiał chemiczny zwany puchem lub wapnem gaszonym. Jest bazą wapniową. Najczęściej otrzymuje się go w reakcji wody z zasadowym tlenkiem wapnia. Właściwości chemiczne zasadowych wodorotlenków pozwalają na ich szerokie zastosowanie w różnych gałęziach gospodarki narodowej. Na przykład do czyszczenia zanieczyszczeń w produkcjicukier surowy, w celu uzyskania wybielacza, w bieleniu przędzy bawełnianej i lnianej. Przed wynalezieniem wymieniaczy jonowych - kationitów, zasady wapniowe i magnezowe były wykorzystywane w technologiach zmiękczania wody, co pozwalało na pozbycie się węglowodorów pogarszających jej jakość. W tym celu gotowano wodę z niewielką ilością sody kalcynowanej lub wapna gaszonego. Wodna zawiesina wodorotlenku magnezu może być stosowana jako środek leczniczy dla pacjentów z zapaleniem żołądka w celu zmniejszenia kwasowości soku żołądkowego.
Właściwości podstawowych tlenków i wodorotlenków
Najważniejsze dla substancji z tej grupy są reakcje z tlenkami kwasowymi, kwasami, zasadami amfoterycznymi i solami. Co ciekawe, nierozpuszczalnych zasad, takich jak wodorotlenki miedzi, żelaza lub niklu, nie można otrzymać w bezpośredniej reakcji tlenku z wodą. W tym przypadku laboratorium wykorzystuje reakcję między odpowiednią solą a zasadą. W rezultacie tworzą się zasady, które wytrącają się. Na przykład w ten sposób otrzymuje się niebieski osad wodorotlenku miedzi, zielony osad zasady żelaznej. Następnie są one odparowywane do stałych substancji proszkowych związanych z nierozpuszczalnymi w wodzie wodorotlenkami. Charakterystyczną cechą tych związków jest to, że pod wpływem wysokich temperatur rozkładają się na odpowiedni tlenek i wodę, czego nie można powiedzieć o alkaliach. W końcu bazy rozpuszczalne w wodzie są stabilne termicznie.
Umiejętność elektrolizy
Kontynuując badanie podstawowych właściwości wodorotlenków, zajmijmy się jeszcze jedną cechą, dzięki której można odróżnić zasady metali alkalicznych i ziem alkalicznych od związków nierozpuszczalnych w wodzie. Jest to niemożliwość dysocjacji tych ostatnich na jony pod wpływem prądu elektrycznego. Wręcz przeciwnie, stopione i roztwory wodorotlenków potasu, sodu, baru i strontu łatwo poddają się elektrolizie i są przewodnikami drugiego rodzaju.
Dotarcie na teren
Mówiąc o właściwościach tej klasy substancji nieorganicznych, wymieniliśmy częściowo reakcje chemiczne leżące u podstaw ich produkcji w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych. Najbardziej dostępną i opłacalną metodą można uznać rozkład termiczny naturalnego wapienia, w wyniku którego uzyskuje się wapno palone. Jeśli przeprowadzasz reakcję z wodą, tworzy się zasadowy wodorotlenek - Ca (OH) 2. Mieszanina tej substancji z piaskiem i wodą nazywana jest zaprawą. Nadal jest stosowany do tynkowania ścian, do klejenia cegieł oraz do innych prac budowlanych. Zasady można również otrzymać w reakcji odpowiednich tlenków z wodą. Na przykład: K2O + H2O=2KON. Proces jest egzotermiczny z uwolnieniem dużej ilości ciepła.
Oddziaływanie zasad z tlenkami kwasowymi i amfoterycznymi
Charakterystyczne właściwości chemiczne zasad rozpuszczalnych w wodzie obejmują ich zdolność do tworzenia soli w reakcjach z tlenkami zawierającymi atomy niemetaliczne w cząsteczkach,na przykład takie jak dwutlenek węgla, dwutlenek siarki lub tlenek krzemu. W szczególności wodorotlenek wapnia stosuje się do suszenia gazów, a wodorotlenki sodu i potasu do otrzymywania odpowiednich węglanów. Tlenki cynku i glinu, związane z substancjami amfoterycznymi, mogą wchodzić w interakcje zarówno z kwasami, jak i zasadami. W tym ostatnim przypadku mogą powstać związki kompleksowe, takie jak hydroksycynkian sodu.
Reakcja neutralizacji
Jedną z najważniejszych właściwości zasad, zarówno nierozpuszczalnych w wodzie, jak iw alkaliach, jest ich zdolność do reagowania z kwasami nieorganicznymi lub organicznymi. Reakcja ta sprowadza się do interakcji między dwoma rodzajami jonów: wodorem i grupami hydroksylowymi. Prowadzi to do powstania cząsteczek wody: HCl + KOH=KCI + H2O. Z punktu widzenia teorii dysocjacji elektrolitycznej cała reakcja sprowadza się do powstania słabego, lekko zdysocjowanego elektrolitu – wody.
W powyższym przykładzie powstała przeciętna sól - chlorek potasu. Jeśli wodorotlenki zasadowe zostaną pobrane do reakcji w ilości mniejszej niż konieczna do całkowitego zobojętnienia kwasu wielozasadowego, to po odparowaniu otrzymanego produktu znajdują się kryształy soli kwasu. Reakcja neutralizacji odgrywa ważną rolę w procesach metabolicznych zachodzących w żywych układach – komórkach i pozwala im, za pomocą własnych kompleksów buforowych, neutralizować nadmiar jonów wodorowych nagromadzonych w reakcjach dysymilacji.
