A szervetlen anyagok fő osztályai az oxidokon, savakon és sókon kívül a bázisoknak vagy hidroxidokoknak nevezett vegyületek egy csoportját is tartalmazzák. Mindegyiknek egyetlen molekulaszerkezeti terve van: szükségszerűen tartalmaznak egy vagy több hidroxilcsoportot, amelyek egy fémionhoz kapcsolódnak összetételében. A bázikus hidroxidok genetikailag rokonok a fém-oxidokkal és -sókkal, ami nemcsak kémiai tulajdonságaikat határozza meg, hanem a laboratóriumi és ipari előállítási módokat is.
A bázisok osztályozásának számos formája létezik, amelyek mind a molekula részét képező fém tulajdonságain, mind pedig az anyag vízben való oldódási képességén alapulnak. Cikkünkben megvizsgáljuk a hidroxidok ezen tulajdonságait, valamint megismerkedünk kémiai tulajdonságaikkal, amelyektől függ a bázisok ipari és mindennapi felhasználása.
Fizikai tulajdonságok
Az aktív vagy tipikus fémek által alkotott bázisok széles olvadáspont-tartományú szilárd anyagok. A vízzel kapcsolatban őkjól oldódó - lúgos és vízben oldhatatlan - csoportokra oszthatók. Például az IA csoportba tartozó elemeket kationként tartalmazó bázikus hidroxidok vízben könnyen oldódnak, és erős elektrolitok. Tapintásra szappanosak, korrodálják a szövetet, a bőrt és lúgoknak nevezik őket. Amikor az oldatban disszociálnak, OH- ionokat detektálunk, amelyeket indikátorok segítségével határozunk meg. Például a színtelen fenolftalein bíborvörössé válik lúgos közegben. A nátrium-, kálium-, bárium- és kalcium-hidroxidok oldatai és olvadékai egyaránt elektrolitok; vezetik az elektromosságot, és a második típusú vezetőknek tekintendők. Az iparban leggyakrabban használt oldható bázisok körülbelül 11 vegyületet tartalmaznak, például nátrium-, kálium-, ammónium- stb. bázikus hidroxidokat.
Az alapmolekula szerkezete
Ionos kötés jön létre egy fémkation és egy anyagmolekula hidroxilcsoportjainak anionjai között. Elég erős a vízben oldhatatlan hidroxidok számára, így a poláris vízmolekulák nem képesek tönkretenni az ilyen vegyület kristályrácsát. A lúgok stabil anyagok, melegítés közben gyakorlatilag nem képeznek oxidot és vizet. Így a kálium és a nátrium bázikus hidroxidjai 1000 ° C feletti hőmérsékleten forrnak, miközben nem bomlanak le. Az összes bázis grafikus képletén jól látható, hogy a hidroxilcsoport oxigénatomja az egyik kovalens kötéssel kapcsolódik a fématomhoz, a másik pedig a hidrogénatomhoz. A molekula szerkezete és a kémiai kötés típusa nemcsak fizikai, hanemés az anyagok összes kémiai jellemzője. Foglalkozzunk velük részletesebben.
Kalcium és magnézium, valamint vegyületeik tulajdonságainak jellemzői
Mindkét elem az aktív fémek tipikus képviselője, és kölcsönhatásba léphet oxigénnel és vízzel. Az első reakció terméke egy bázikus oxid. A hidroxid exoterm folyamat eredményeként keletkezik, amely nagy mennyiségű hőt bocsát ki. A kalcium- és magnéziumbázisok nehezen oldódó fehér porszerű anyagok. A kalciumvegyületekre gyakran a következő elnevezéseket használják: mésztej (ha vizes szuszpenzióról van szó) és mészvíz. A Ca(OH)2 tipikus bázikus hidroxidként kölcsönhatásba lép savas és amfoter oxidokkal, savakkal és amfoter bázisokkal, például alumínium- és cink-hidroxidokkal. A tipikus hőálló lúgoktól eltérően a magnézium- és kalciumvegyületek oxiddá és vízzé bomlanak a hőmérséklet hatására. Mindkét bázist, különösen a Ca(OH)2 széles körben használják az iparban, a mezőgazdaságban és a háztartási igényekben. Vizsgáljuk meg részletesebben az alkalmazásukat.
A kalcium- és magnéziumvegyületek alkalmazási területei
Jól ismert, hogy az építőiparban pehelynek vagy oltott mésznek nevezett vegyi anyagot használnak. Ez egy kalcium bázis. Leggyakrabban víz és bázikus kalcium-oxid reakciójával nyerik. A bázikus hidroxidok kémiai tulajdonságai lehetővé teszik széleskörű felhasználásukat a nemzetgazdaság különböző ágaiban. Például a szennyeződések tisztítására a gyártás soránnyerscukor, fehérítő előállítására, pamut és len fonal fehérítésénél. Az ioncserélők - kationcserélők - feltalálása előtt a vízlágyítási technológiákban kalcium- és magnéziumbázisokat használtak, amelyek lehetővé tették a minőséget rontó szénhidrogének megszabadulását. Ehhez vizet forr altak fel kis mennyiségű szódával vagy oltott mésszel. A magnézium-hidroxid vizes szuszpenziója gyomorhurutban szenvedő betegek gyógymódjaként használható a gyomornedv savasságának csökkentésére.
Bázikus oxidok és hidroxidok tulajdonságai
Ebbe a csoportba tartozó anyagok esetében a legfontosabbak a savas oxidokkal, savakkal, amfoter bázisokkal és sókkal való reakciók. Érdekes módon oldhatatlan bázisokat, például réz-, vas- vagy nikkel-hidroxidot nem lehet előállítani az oxid vízzel való közvetlen reakciójával. Ebben az esetben a laboratórium a megfelelő só és lúg közötti reakciót alkalmazza. Ennek eredményeként bázisok képződnek, amelyek kicsapódnak. Például így kapunk kék színű réz-hidroxid csapadékot, egy vasbázis zöld csapadékát. Ezt követően szilárd porszerű anyagokká párologtatják, amelyek a vízben oldhatatlan hidroxidokhoz kapcsolódnak. E vegyületek megkülönböztető jellemzője, hogy magas hőmérséklet hatására a megfelelő oxiddá és vízzé bomlanak, ami a lúgokról nem mondható el. Végül is a vízben oldódó bázisok termikusan stabilak.
Elektrolízis képesség
Folytatva a hidroxidok alapvető tulajdonságainak tanulmányozását, térjünk ki még egy olyan jellemzőre, amely alapján megkülönböztethetjük az alkáli- és alkáliföldfémek bázisait a vízben oldhatatlan vegyületektől. Ez utóbbiak lehetetlensége, hogy elektromos áram hatására ionokká disszociálódjanak. Éppen ellenkezőleg, a kálium-, nátrium-, bárium- és stroncium-hidroxidok olvadékai és oldatai könnyen elektrolízisnek vannak kitéve, és a második típusú vezetők.
Indoklás
A szervetlen anyagok ezen osztályának tulajdonságairól szólva részben felsoroltuk azokat a kémiai reakciókat, amelyek laboratóriumi és ipari körülmények között létrejönnek. A legelérhetőbb és legköltséghatékonyabb módszernek a természetes mészkő hőbontása tekinthető, melynek eredményeként égetett mész keletkezik. Ha vízzel reagál, akkor bázikus hidroxidot képez - Ca (OH) 2. Ennek az anyagnak homokkal és vízzel alkotott keverékét habarcsnak nevezik. Továbbra is használják falak vakolására, téglák ragasztására és egyéb építési munkákhoz. Lúgok nyerhetők a megfelelő oxidok vízzel való reagáltatásával is. Például: K2O + H2O=2KON. A folyamat exoterm, nagy mennyiségű hő szabadul fel.
Lúgok kölcsönhatása savas és amfoter oxidokkal
A vízoldható bázisok jellemző kémiai tulajdonságai közé tartozik az a képességük, hogy sókat képeznek a molekulákban nemfém atomokat tartalmazó oxidokkal való reakciók során,például szén-dioxid, kén-dioxid vagy szilícium-oxid. Különösen kalcium-hidroxidot használnak gázok szárítására, nátrium- és kálium-hidroxidot pedig a megfelelő karbonátok előállítására. Az amfoter anyagokhoz kapcsolódó cink- és alumínium-oxidok savakkal és lúgokkal egyaránt kölcsönhatásba léphetnek. Ez utóbbi esetben összetett vegyületek képződhetnek, például nátrium-hidroxo-cinkát.
Semlegesítési reakció
A vízben és lúgokban egyaránt oldhatatlan bázisok egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy képesek reagálni szervetlen vagy szerves savakkal. Ez a reakció kétféle ion kölcsönhatására redukálódik: hidrogén- és hidroxilcsoportok. Vízmolekulák képződéséhez vezet: HCI + KOH=KCI + H2O. Az elektrolitikus disszociáció elmélete szempontjából az egész reakció egy gyenge, enyhén disszociált elektrolit - víz - képződésére redukálódik.
A fenti példában egy átlagos só képződik - kálium-klorid. Ha a reakcióhoz a többbázisú sav teljes semlegesítéséhez szükségesnél kisebb mennyiségben veszünk fel bázikus hidroxidot, akkor a kapott termék elpárologtatása során a savas só kristályait találjuk. A semlegesítési reakció fontos szerepet játszik az élő rendszerekben - sejtekben lezajló anyagcsere folyamatokban, és lehetővé teszi számukra, hogy saját pufferkomplexeik segítségével semlegesítsék a disszimilációs reakciókban felhalmozódott hidrogénionok fölöslegét.
