Основания (гидроксиды). Свойства, получение, применение
Ещё со школы нам известно, что основаниями называют соединения, где атомы металла связаны с одной или несколькими гидроксогруппами — KOH, Ca(OH)2 и т. п. Однако понятие «основания» на самом деле шире, и существует две теории оснований — протонная (теория Брёнстеда — Лоури) и электронная (теория Льюиса). Основания и кислоты Льюиса мы рассмотрим в отдельной статье, поэтому возьмём определение из теории Брёнстеда (далее в данной статье — только основания Брёнстеда): Основания (гидроксиды) — это вещества или частицы, способные принимать (отщеплять) протон от кислоты. Согласно такому определению, свойства основания зависят от свойств кислоты — например, вода или уксусная кислота ведут себя как основания в присутствии более сильных кислот:
Номенклатура оснований
Названия оснований образуются весьма просто — сначала идёт слово «гидроксид», а затем название металла, который входит в данное основание. Если металл имеет переменную валентность, это отражают в названии.
KOH — гидроксид калия
Ca(OH)2 — гидроксид кальция
Fe(OH)2 — гидроксид железа (II)
Fe(OH)3 — гидроксид железа (III)
Классификация оснований
Основания можно классифицировать по следующим признакам:
Изменение цвета индикаторов:
метиловый оранжевый – желтый
Фенолфталеин придаёт раствору щёлочи малиновую окраску
Основания. Химические свойства и способы получения
Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:
Получение оснований
1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:
основный оксид + вода = основание
Na2O + H2O → 2NaOH
При этом оксид меди (II) с водой не реагирует:
CuO + H2O ≠
2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий) , кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.
металл + вода = щёлочь + водород
2K 0 + 2 H2 + O → 2 K + OH + H2 0
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:
щелочь + соль1 = соль2↓ + щелочь
щелочь + соль1 = соль2↓ + щелочь
Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:
Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):
CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl
Химические свойства нерастворимых оснований
1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.
нерастворимое основание + кислота = соль + вода
нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода
При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:
2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.
3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.
нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид ≠
нерастворимое основание + амфотерный гидроксид ≠
4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).
Химические свойства щелочей
щёлочь(избыток)+ кислота = средняя соль + вода
щёлочь + многоосновная кислота(избыток) = кислая соль + вода
При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.
При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:
В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.
щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода
щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода
щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль
щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль
А в растворе образуется комплексная соль:
Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (к ак правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.
3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:
щёлочь(избыток) + кислотный оксид = средняя соль + вода
щёлочь + кислотный оксид(избыток) = кислая соль
А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:
2NaOH + CO2 = NaHCO3
щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид
Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.
Cu 2+ SO4 2- + 2Na + OH — = Cu 2+ (OH)2 — ↓ + Na2 + SO4 2-
Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.
Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:
соль амф.металла(избыток) + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль
соль амф.металла + щёлочь(избыток) = комплексная соль + соль
5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.
кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода
Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO3 мы разбиваем на уольную кислоту H2CO3 и карбонат натрия Na2CO3. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.
6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.
! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!
2Al + 2NaOH + 6 H2 + O = 2Na[ Al +3 (OH)4] + 3 H2 0
7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):
NaOH +О2 ≠
NaOH +N2 ≠
NaOH +C ≠
Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).
2NaOH +Cl2 0 = NaCl — + NaOCl + + H2O
6NaOH +Cl2 0 = 5NaCl — + NaCl +5 O3 + 3H2O
Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.
2NaOH + Si 0 + H2 + O= Na2Si +4 O3 + 2H2 0
Фтор окисляет щёлочи:
Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.
Исключение — гидроксид лития:
2LiOH = Li2O + H2O
Физические и химические свойства оснований
Основания в химии — что это такое
В строительном деле в качестве скрепляющего компонента используется гашеная известь Ca(OH)2. Для ликвидации засоров в канализационной системе применяется едкий натр NaOH. В качестве электролита в гальванических элементах используется едкое кали KOH. Перечисленные вещества, как и многие другие, в химии относятся к основаниям, в формуле которых содержится металл и гидроксильная группа ОН.
В мире неорганической химии особое место занимают основания — вещества, содержащие в своем составе гидроксогруппы OH, благодаря которым у них появляются определенные характеристики, позволяющие широко применять эти соединения в быту и во многих отраслях промышленности. Растворимые основания называют щелочами. В растворенном виде это едкие мыльные на ощупь вещества.
Чтобы правильно построить название оснований, на первое место нужно поставить слово «гидроксид», затем назвать металл, атом которого присутствует в формуле. Кроме этого, обязательно в скобках указывают валентность этого металла (если он может проявлять различные валентности):
Характерным свойством гидроксидов является способность вступать в реакцию с кислотой, в результате чего образуется соль.
В химии основным оксидам соответствуют основания, подобно тому, как кислотным оксидам соответствуют кислоты.
Основание — вещество сложного строения, которое состоит из атома металла и гидроксогрупп ОН (их может быть несколько).
Схематически формулу основания можно выразить так:
где Me — условное обозначение металла;
(OH) — гидроксильные группы, число которых в формуле отражает валентность металла, точнее, — степень его окисления.
Поскольку в воде растворимые гидроксиды практически полностью распадаются на катионы металлов и анионы ОН-, с позиции электролитической диссоциации они являются электролитами.
Термин «основание» пришел в наши дни из XVII века, когда его употребил французский химик Гийом Франсуа Руэль (1754 год). По его утверждению превращение летучих жидкостей (например, уксусной кислоты) в кристаллическую соль происходит при участии конкретных веществ. В данном контексте эти вещества являются основанием для образования солей в твердой фазе.
Шведский физик и химик С. Аррениус в 1887 году представил научному миру единую теорию кислот и оснований, в которой изложил мысли, что при диссоциации кислот образуются положительно заряженные ионы H+, а при диссоциации оснований — отрицательно заряженные гидроскид-ионы OH-.
Классификация
В основе классификации оснований лежит ряд принципов:
Химические и физические свойства оснований
Описание химических свойств оснований всегда начинают со способности окрашивать в определенный цвет растворы индикаторов. Происходит это из-за наличия гидроксид-ионов в растворах оснований. Так, в присутствии раствора щелочей фенолфталеин приобретает малиновую окраску.
При добавлении в раствор щелочи нескольких капель лакмуса либо опускании в него лакмусовой бумажки появляется синяя окраска, в случае индикатора метилового оранжевого — желтая.
Одним из основных химических свойств является взаимодействие с кислотами. Такие реакции называются реакциями нейтрализации. В результате получается соль и вода. К примеру:
2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O
С кислотами взаимодействуют как растворимые основания (как в примере с гидроксидом калия), так и нерастворимые:
Образованием солей заканчиваются не только реакции с кислотами, но и с кислотными оксидами:
Аналогичным образом происходит реакция с амфотерными оксидами (теми, которые при определенных условиях могут проявлять и кислотные, и основные свойства):
NaOH(твердый)+Al(OH)3→NaAlO2+H2O
Так протекает реакция при сплавлении амфотерных оксидов и гидроксидов с твердыми щелочами.
С другой стороны, реакция амфотерных оксидов и гидроксидов со щелочами возможна и в растворе. Тогда уравнение реакции имеет следующий вид:
Гидроксиды могут вступать в химическую реакцию с отдельными металлами, образующими амфотерные соединения, например, с цинком. В уравнении в качестве реагента реакции присутствует вода:
Как видно, реакция заканчивается образованием комплексной соли и выделением газообразного водорода.
Взаимодействие с растворимыми солями протекает только тогда, когда образуются нерастворимые вещества:
К химическим свойствам оснований относится разложение на оксиды и воду, причем независимо от того, растворимое оно или нет. Для этого нужно нагревание:
В данную реакцию не вступают только гидроксиды натрия NaOH и калия KOH, которые плавятся без разложения.
Характеристика физических свойств оснований заключается в том, что это твердые вещества, некоторые (щелочи) растворимы в воде. Основания могут иметь различную окраску (гидроксид натрия NaOH — белый, гидроксид меди (II) Cu(OH)2 — синий, гидроксид железа (III) Fe(OH)3 — бурый). К слабым основаниям относят также раствор аммиака в воде.
Щелочи имеют свойство разъедать ткани и кожу человека (при длительном воздействии). По этой причине работы со щелочами нужно проводить со строгим соблюдением правил химической безопасности, пользоваться средствами индивидуальной защиты и проходить соответствующие инструктажи.
Способы получения
Выбрать метод получения основания можно исходя из его принадлежности к определенной группе (растворимых или нерастворимых веществ). Если это щелочь, ее легко получить в реакции активного металла с водой.
Металл должен относиться к группам щелочных либо щелочноземельных металлов.
По сути это реакция замещения, в которой металл взаимодействует с H2O при обычных условиях. Классическим примером является уравнение реакции натрия с водой:
Еще одним способом получения основных гидроксидов является реакция основного оксида с водой. Оксид щелочного или щелочноземельного металла, вступает в реакцию с водой (реакция протекает, если образующийся гидроксид растворим). Происходит реакция соединения, например,
В отличие от гидроксида кальция, который именно таким образом получают в промышленных целях, гидроксиды натрия и калия получают электролитическим путем. Пропуская постоянный электрический ток через раствор NaCl, можно получить гидроксид натрия в результате протекания следующей реакции:
В ходе трудовой деятельности часто возникает необходимость получения нерастворимых гидроксидов. В частности гидроксид меди (II) получают, прибавляя к раствору его соли раствор щелочи. При этом происходит реакция, которая в химии называется реакцией обмена:
Таким же образом получают гидроксид железа (II):
И тот, и другой гидроксид — нерастворимое твердое вещество, выпадающее в ходе реакции в осадок.
Основания
Основания – это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и одной или нескольких гидроксогрупп (ОН — ).
Растворимые в воде основания называются щелочами. К ним относятся основания, которые образованы металлами 1-й группы главной подгруппы (LiOH, NaOH и другие) и щелочноземельными металлами (Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ва(ОН)2). Основания, образованные металлами других групп периодической системы в воде практически не растворяются. Щелочи в воде диссоциируют полностью:
Многокислотные основания в воде могут диссоциировать ступенчато:
Cтупенчатой диссоциацией оснований объясняется образование основных солей.
Номенклатура оснований.
Основания называются следующим образом: сначала произносят слово «гидроксид», а затем металл, который его образует. Если металл имеет переменную валентность, то она указывается в названии.
КОН – гидроксид калия;
Ca(OH)2 – гидроксид кальция;
Fe(OH)2 – гидроксид железа (II);
Fe(OH)3 – гидроксид железа (III);
При составлении формул оснований исходят из того, что молекула электронейтральна. Гидроксид – ион всегда имеет заряд (–1). В молекуле основания их число определяется положительным зарядом катиона металла. Гидрокогруппа заключается в круглые скобки, а выравнивающий заряды индекс ставится справа внизу за скобками:
Классификация оснований по следующим признакам:
а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH)2, малорастворимый Ca(OH)2.
метиловый оранжевый – желтый
голубой цвет черный цвет
Амфотерные гидроксиды
Это гидроксиды металлов (Be(OH)2, AI(OH)3, Zn(OH)2) и металлов в промежуточной степени окисления (Сr(OH)3, Mn(OH)4).
Амфотерные гидроксиды получают взаимодействием растворимых солей со щелочами взятых в недостатке или эквивалентном количестве, т.к. в избытке они растворяются:
Физические свойства
Это твердые вещества, практически нерастворимые в воде. Zn(OH)2 – белый, Fe(ОН)3 – бурый цвет.
Химические свойства
Амфотерные гидроксиды проявляют свойства оснований и кислот, поэтому взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями.
в растворе: AI(OH)3 + NaOH = Na[AI(OH)4] или 3NaOH + AI(OH)3 → Na3[AI(OH)6].
Также вы можете посмотреть ВИДЕО-уроки на эту тему:
И выполнить задания из ЦТ и ЕГЭ на эту тему вы можете здесь
Основания
Всего получено оценок: 1699.
Всего получено оценок: 1699.
Один из классов сложных неорганических веществ – основания. Это соединения, включающие атомы металла и гидроксильную группу, которая может отщепляться при взаимодействии с другими веществами.
Строение
Основания могут содержать одну или несколько гидроксо-групп. Общая формула оснований – Ме(ОН)х. Атом металла всегда один, а количество гидроксильных групп зависит от валентности металла. При этом валентность группы ОН всегда I. Например, в соединении NaOH валентность натрия равна I, следовательно, присутствует одна гидроксильная группа. В основании Mg(OH)2 валентность магния – II, Al(OH)3 валентность алюминия – III.
Количество гидроксильных групп может меняться в соединениях с металлами с переменной валентностью. Например, Fe(OH)2 и Fe(OH)3. В таких случаях валентность указывается в скобках после названия – гидроксид железа (II), гидроксид железа (III).
Физические свойства
Характеристика и активность основания зависит от металла. Большинство оснований – твёрдые вещества белого цвета без запаха. Однако некоторые металлы придают веществу характерную окраску. Например, CuOH имеет жёлтый цвет, Ni(OH)2 – светло-зелёный, Fe(OH)3 – красно-коричневый.
Рис. 1. Щёлочи в твёрдом состоянии.
Основания классифицируются по двум признакам:
Щёлочи образуются щелочными металлами – литием (Li), натрием (Na), калием (K), рубидием (Rb) и цезием (Cs).
Все остальные основания, например, Mg(OH)2, Cu(OH)2, Al(OH)3, относятся к нерастворимым.
По-другому щёлочи называются сильными основаниями, а нерастворимые – слабыми основаниями. При электролитической диссоциации щёлочи быстро отдают гидроксильную группу и быстрее вступают в реакцию с другими веществами. Нерастворимые или слабые основания менее активные, т.к. не отдают гидроксильную группу.
Рис. 2. Классификация оснований.
Особое место в систематизации неорганических веществ занимают амфотерные гидроксиды. Они взаимодействуют и с кислотами, и с основаниями, т.е. в зависимости от условий ведут себя как щёлочь или как кислота. К ним относятся Zn(OH)2, Al(OH)3, Pb(OH)2, Cr(OH)3, Be(OH)2 и другие основания.
Получение
Основания получают различными способами. Самый простой – взаимодействие металла с водой:
Щёлочи получают в результате взаимодействия оксида с водой:
Нерастворимые основания получаются в результате взаимодействия щелочей с солями:
Химические свойства
Основные химические свойства оснований описаны в таблице.
Реакции
Что образуется
Примеры
Соль и вода. Нерастворимые основания взаимодействуют только с растворимыми кислотами
Разложение при высокой температуре
Оксид металла и вода
С кислотными оксидами (реагируют щёлочи)
С неметаллами (вступают щёлочи)
Щелочей с некоторыми металлами
Сложная соль и водород
С помощью индикатора проводится тест на определение класса основания. При взаимодействии с основанием лакмус становится синим, фенолфталеин – малиновым, метилоранж – жёлтым.
Что мы узнали?
Из урока 8 класса химии узнали об особенностях, классификации и взаимодействии оснований с другими веществами. Основания – сложные вещества, состоящие из металла и гидроксильной группы ОН. Они делятся на растворимые или щёлочи и нерастворимые. Щёлочи – более агрессивные основания, быстро реагирующие с другими веществами. Основания получают при взаимодействии металла или оксида металла с водой, а также в результате реакции соли и щёлочи. Основания реагируют с кислотами, оксидами, солями, металлами и неметаллами, а также разлагаются при высокой температуре.
