Основи

Тема: Основи: фізичні і хімічні властивості, поширеність та застосування.

1. Фізичні властивості основ.

Основи – це сполуки, до складу яких входять атом металічного елемента й одна або кілька гідроксильних груп OH (залежно від валентності металу).

Основи – сполуки, які містять катіони металічних елементів і гідроксид- аніони ОН–

Загальна формула основ: Me(OH)n, де n – число груп OH, що відповідає валентності металічного елемента. Me – символ металічного елемента.

Назва основ

Назва основ складається з двох слів, перше з яких – назва металічного елемента, а друге – «гідроксид». Наприклад,  KOH – калій гідроксид, Ba(OH)2 – барій гідроксид.

Якщо елемент має кілька значень валентностей, то це значення вказується у назві гідроксиду:

Fe(OH)2 – ферум(II) гідроксид,   Fe(OH)3 – ферум(III) гідроксид.

Тривіальні назви:

NaOH – їдкий натр, каустична сода;

KOH – їдкий калі;

Ba(OH)2 – баритова вода;

Ca(OH)2 – гашене вапно, вапняне молоко, вапняна вода;

NH4OH – нашатирний спирт.

Фізичні властивості основ

Основи за звичайних умов є твердими речовинами йонної будови, тому вони повинні мати високу температуру плавлення, але при помірному нагріванні майже всі основи розкладаються на відповідний оксид і воду. Розплавити можна лише гідроксиди натрію і калію. Більшість основ не розчиняються у воді. Малорозчинними є гідроксиди малоактивних металічних елементів, а добре розчинні гідроксиди лужних елементів і сполуки барію. Водорозчинні основи називають лугами.

Класифікація основ

Основи поділяються на такі класи:

• розчинні у воді (луги);

• нерозчинні (малорозчинні).

Познайомимося з таблицею розчинності. У ній літерою «н» позначено нерозчинні речовини, «р» — розчинні, «м» — малорозчинні речовини, у тому числі й основи, солі й кислоти.

За звичайних умов луги – це тверді кристалічні речовини, милкі на дотик, роз’їдають багато матеріалів, шкіру, папір, тканину, добре розчиняються у воді. Змінюють колір індикаторів: лакмус (фіолетовий) змінюється на синій; метиловий оранжевий (оранжевий) – на жовтий; фенолфталеїн (безбарвний) забарвлюється в малиновий колір.

Нерозчинні основи – тверді речовини, не милкі на дотик, не роз’їдають шкіру, не мають запаху, практично не розчиняються у воді й не змінюють кольору індикаторів. Забарвлені вони по-різному:

купрум(II) гідроксид Cu(OH)2 – блакитний;

Zn(OH)2, Al(OH)3 – білі,

Fe(OH)2 – зеленувато-білий,

Fe(OH)3 – бурий.

1. Хімічні властивості основ

1. Дія лугів на індикатори

Змінюють забарвлення індикаторів: лакмус – синіє, фенолфталеїн стає малиновим, метиловий оранжевий - жовтим, універсальний індикаторний папір змінює колір на відтінки від зеленого до синьо-фіолетового. Отже, розчини лугів можна визначити з допомогою індикатора.

2. Взаємодіють із слабкими і сильними кислотами, утворюючи солі і воду, - реакція нейтралізації:

NaOH + HNO3 =  NaNO3 + H2O

2NaOH + H2SiO3 = Na2SiO3 + 2H2O

3. Взаємодіють з кислотними оксидами, утворюючи солі і воду:

2NaOH + SO3 = Na2SO4 + H2O

4. Взаємодіють з амфотерними гідроксидами:

- у водних розчинах утворюються комплексні сполуки (залежно від співвідношення між кількостями речовин реагентів):

3NaOH +  Al(OH)3 = Na3[Al(OH)6] – натрій гексагідроксоалюмінат

NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4] – натрій тетрагідроксоалюмінат

- у розплавах утворюються безводні солі:

NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O – натрій метаалюмінат

3NaOH  + Al(OH)3 = Na3AlO3 + 3H2O – натрій ортоалюмінат

5. Взаємодіють з амфотерними оксидами, утворюючи сіл і воду (тільки під час сплавлення):

2NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O – натрій цинкат

2NaOH + Cr2O3 = NaCrO2 + H2O – натрій мета хроміт

6. Взаємодіють з солями у водних розчинах. Реакція необоротна, якщо хоча б один з утворених речовин випадає в осад:

2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2 + 2NaCl

Ba(OH)2 + K2SO4 = BaSO4 + 2KOH

7. Розкладання нерозчинних основ у процесі нагрівання

Нерозчинні основи за нагрівання розкладаються на оксид і воду.

Cu(OH)2  СuO + Н2O

Основні хімічні властивості основ

1. Розчинні і нерозчинні основи мають спільну властивість – реагують з кислотами, утворюючи сіль і воду:

NaOH + HCl = NaCl + H2O; 

Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O.

Тип реакції – обміну, нейтралізації.

Під час взаємодії багатооснóвних кислот з гідроксидами можуть утворюватися кислі солі:

KOH + H2SO4 = KHSO4 + H2O;

Ca(OH)2 + 2H2SO4 = Ca(HSO4)2 + 2H2O.

Під час взаємодії багатокислотних гідроксидів з однооснóвними кислотами можуть утворюватися оснóвні солі:

Ca(OH)2 + HCl = CaOHCl + H2O (основа в надлишку);

CaOHCl + HCl = CaCl2 + H2O.

2. Луги реагують з кислотними оксидами, утворюючи середню або кислу сіль при надлишку чи нестачі лугу відповідно:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O;

NaOH + CO2 = NaНCO3.

Для нерозчинних основ такі реакції не характерні.

3. Луги взаємодіють із розчинними солями малоактивних металічних елементів, утворюючи нову сіль і нерозчинну основу:

2KOH + FeCl2 + Fe(OH)2↓ + 2KCl.

Луги можуть взаємодіяти із розчинними солями активних металічних елементів, якщо в результаті реакції утворюється нерозчинна сіль:

K2SO4 + Ba(OH)2 = 2KOH + BaSO4↓.

Луги взаємодіють з кислими солями утворюючи середні солі:

KHSO4 + KOH = K2SO4 + H2O.

Для нерозчинних основ такі реакції не характерні.

4. Майже всі основи (крім гідроксидів Натрію і Калію, лужних металів) у результаті нагрівання легко розкладаються на оксид і воду:

Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Практичне застосування деяких основ

NaOH – у великій кількості використовується у нафтовій промисловості для очищення нафтопродуктів переробки нафти, в миловарній, паперовій, текстильній промисловостях, у виробництві штучного шовку та в ряді інших виробництв. Кип’ятінням деревини з NaOH добувають целюлозу. Обробка бавовняних тканин натрій гідроксидом поліпшує їх здатність до фарбування. Натрій гідроксид – важливий реактив у аналітичній хімії.

КОН – застосовують у миловарній промисловості для виготовлення рідкого мила. Внаслідок великої гігроскопічності його використовують як осушувач, для вбирання вуглекислого газу, у хірургії для припікання, як вихідний продукт для добування різних солей калію.

Ca(OH)2 – відомий під назвою «гашене вапно», широко використовують у будівництві. Суміш гашеного вапна з піском і водою називають вапняним розчином і використовують для скріплення цегли під час мурування цегляних стін, а також як штукатурка. Вапняний розчин твердне спочатку внаслідок випаровування води, а потім – внаслідок вбирання гашеним вапном з повітря вуглекислого газу й утворення кальцій карбонату. Ca(OH)2 використовують для добування хлорного вапна [Са(ОН)2 + Сl2 → CaOCl2 + H2O]. Як «вапняну воду» застосовують для білення, у медицині проти опіків або як протиотруту при отруєннях сульфатною чи оксалатною кислотами.

Ba(OH)2 – насичений водний розчин відомий як «баритова вода», є важливим лабораторним реактивом для виявлення СО2, йонів SO42– та СO32– та відносно дешевою розчинною основою.

NH4OH – один з найважливіших хімічних реактивів, розбавлений розчин якого «нашатирний спирт» застосовують як слабку основу в хімічній практиці, у медицині, домашньому господарстві.