Гидроксиды, или основания

При сравнивании формул различных гидроксидов мы увидим, что они имеют общие составные части:

В состав всех гидроксидов входят гидроксид-ионы ОН^–. Их число в формуле зависит от заряда иона металла. Например, иона натрия (Na⁺) с зарядом плюс один может присоединить только один гидроксидион ОН^–, образуя Na⁺OH^–, тогда как ион алюминия Al³⁺ с зарядом плюс три соединяется с тремя ионами ОН^–:

Формулы гидроксидов составляются по известному уже вам «правилу креста», как и все формулы ионных соединений. Если число гидроксид-ионов больше 1, группа ОН^– заключается в скобки.

Как каждой кислородсодержащей кислоте соответствует кислотный оксид, так каждому гидроксиду, или основанию, соответствует основной оксид. Степень окисления металла в гидроксиде и в соответствующем ему основном оксиде одна и та же.

Большинство оксидов металлов являются основными оксидами.

Названия гидроксидов металлов с устойчивой степенью окисления составляются по следующей схеме: гидроксид + название металла в родительном падеже.

Например:
​NaOH – гидроксид натрия,
​Ca(OH)₂ – гидроксид кальция,
​Al(OH)₃ – гидроксид алюминия.

Если металл может иметь разные степени окисления, название гидроксида должно отражать степень окисления металла. В этих случаях справедлива следующая схема:

Например:

Возможность распознать гидроксиды с помощью индикаторов, как и другие их свойства, зависит от растворимости оснований в воде. Поэтому прежде всего гидроксиды классифицируются по их растворимости в воде и по этому свойству они делятся на две группы: растворимые в воде и нерастворимые в воде гидроксиды.

Данные о растворимости гидроксидов обычно приведены в виде таблицы в каждом учебнике химии и в кабинетах химии. На основании ионного ряда (см. табл. ниже) можно составить формулы гидроксидов (например, из ионов К⁺ и ОН^– получается формула гидроксида калия КОН) и определить, растворяется этот гидроксид в воде или не растворяется. Буква «Р» в таблице означает хорошо растворимое соединение, «М» – малорастворимое и «Н» – нерастворимое.

К щелочам относится также малорастворимое в воде соединение – гидроксид кальция.

С помощью индикатора можно распознать только щелочи. Для этого используется лакмус, раствор которого или полоска лакмусовой бумаги окрашивается щелочами в синий цвет. Специфическим индикатором для щелочей является фенолфталеин. Его бесцветный раствор в щелочной среде становится малиновым. Щелочи можно распознавать также с помощью универсального индикатора, который в щелочной среде зеленеет или синеет.

Для определения силы (основности) щелочных растворов используется рН-шкала.

Если значения рН кислых растворов лежат в промежутке от 1 до 7, то рН щелочных растворов – в промежутке от 7 до 14, причем они всегда больше 7, но меньше 14.

Очень слабощелочным раствором является водопро-водная вода. Слабощелочную реакцию имеют морская вода, кровь и пищевая сода. К сильнощелочным относятся растворы стиральной соды и щелочей.

При сопоставлении рН-шкал кислой и щелочной среды видно, что значение рН, равное 7, делит общую шкалу на две части. Из этого можно сделать следующие выводы:
​– раствор, в котором рН < 7, является кислым раствором,
​– раствор, в котором рН > 7, является щелочным раствором.

При значении рН = 7 раствор нейтрален, то есть его кислотные и щелочные свойства уравновешивают друг друга.

Общую шкалу рН можно сравнить с качелями. Они находятся в равновесии, если два сидящих на них человека имеют одинаковый вес. С точки зрения кислотно-щелочных свойств это значит, что свойства кислот и оснований имеют одинаковую силу. Как только одно из свойств получит перевес, равновесие сразу сместится в его сторону. Другими словами, кислоты и гидроксиды можно рассматривать как противоположности, способные друг друга нейтрализовать (в случае качелей – уравновесить). В остальных случаях преобладает или кислота, или гидроксид.

Вещества с противоположными свойствами всегда взаимодействуют друг с другом. Так, гидроксиды всегда взаимодействуют с кислотами, что является общим свойством для тех и других. При взаимодействии гидроксида натрия с хлористоводородной кислотой образуются вода и поваренная соль:

Поскольку в продуктах реакции присутствуют нейтральные вещества (рН раствора поваренной соли равен 7), эта реакция называется реакцией нейтрализации.

Такая же реакция протекает между гидроксидом бария и серной кислотой. В результате образуются вода и сульфат бария (соль):

Реакции нейтрализации широко применяются в быту. Например, их используют для уменьшения кислотности почвы и при оказании первой помощи при попадании на кожу кислоты или щелочи.

Щелочи – это твердые вещества белого цвета, которые поглощают влагу из воздуха и поэтому на ощупь кажутся мокрыми. Раствор щелочи делает пальцы скользкими, словно намыленными. Гидроксид натрия используется для варки мыла – отсюда его бытовое название «мыльный камень».

Все щелочи обладают разъедающим действием. Это свойство и послужило причиной для их тривиальных названий. Например, гидрокисд натрия издавна был известен как едкий натр, а гидроксид калия – как едкое кали.

Если щелочь попадет на кожу, это место надо сразу промыть большим количеством воды, а потом нейтрализовать разбавленной уксусной кислотой. Такие же действия нужно совершить и при ожоге кислотой, только после промывания водой нейтрализовать ее раствором пищевой соды.

Нерастворимые в воде гидроксиды в большинстве случаев проявляют себя в химических реакциях в виде разноцветных осадков. Из повседневной жизни известен коричневый гидроксид железа (III) Fe(OH)₃, который образуется в небольших количествах при ржавлении железа. Гидроксид алюминия Al(OH)₃ образуется в природе в сложной цепи превращений соединений алюминия.

Все нерастворимые в воде гидроксиды при нагревании разлагаются на соответствующие им основные оксиды и воду:

Так разлагается при нагревании синий гидроксид меди (II) на черный оксид меди (II) и воду:

Кроме нерастворимых в воде гидроксидов при нагревании разлагаются и малорастворимые гидроксиды. Например, гидроксид кальция при нагревании разлагается на оксид кальция и воду:

Все эти реакции относятся к реакциям разложения.

Щелочи обычно получают в ходе реакции взаимодействия соответствующего основного оксида с водой. Например, оксид натрия легко соединяется с водой, образуя гидроксид натрия:

Na₂O + H₂O → 2NaOH

В строительстве используется реакция соединения оксида кальция и воды:

Эту реакцию используют для гашения извести:

Гашеная известь, или гидроксид кальция, в строительстве входит в состав всех связующих веществ. Наиболее известен известковый раствор. При затвердевании он соединяет в большое строение как обычные кирпичи, так и гигантские строительные блоки. Связующие свойства гашеной извести были известны древним китайским мастерам. Построенная в IV веке до н. э. великая китайская стена до сих пор остается одной из основных достопримечательностей Китая.