Οι κύριες κατηγορίες ανόργανων ουσιών, εκτός από τα οξείδια, τα οξέα και τα άλατα, περιλαμβάνουν μια ομάδα ενώσεων που ονομάζονται βάσεις ή υδροξείδια. Όλα έχουν ένα ενιαίο σχέδιο μοριακής δομής: περιέχουν αναγκαστικά μία ή περισσότερες υδροξυλομάδες συνδεδεμένες με ένα μεταλλικό ιόν στη σύνθεσή του. Τα βασικά υδροξείδια σχετίζονται γενετικά με τα οξείδια και τα άλατα μετάλλων, γεγονός που καθορίζει όχι μόνο τις χημικές τους ιδιότητες, αλλά και τις μεθόδους λήψης στο εργαστήριο και τη βιομηχανία.
Υπάρχουν διάφορες μορφές ταξινόμησης βάσεων, οι οποίες βασίζονται τόσο στα χαρακτηριστικά του μετάλλου που αποτελεί μέρος του μορίου όσο και στην ικανότητα της ουσίας να διαλύεται στο νερό. Στο άρθρο μας, θα εξετάσουμε αυτά τα χαρακτηριστικά των υδροξειδίων, καθώς και θα εξοικειωθούμε με τις χημικές τους ιδιότητες, από τις οποίες εξαρτάται η χρήση των βάσεων στη βιομηχανία και την καθημερινή ζωή.
Φυσικές ιδιότητες
Όλες οι βάσεις που σχηματίζονται από ενεργά ή τυπικά μέταλλα είναι στερεά με μεγάλο εύρος σημείων τήξης. Σε σχέση με το νερό, αυτοίχωρίζονται σε πολύ διαλυτά - αλκαλικά και αδιάλυτα στο νερό. Για παράδειγμα, βασικά υδροξείδια που περιέχουν στοιχεία της ομάδας ΙΑ ως κατιόντα διαλύονται εύκολα στο νερό και είναι ισχυροί ηλεκτρολύτες. Είναι σαπουνάδα στην αφή, διαβρώνουν το ύφασμα, το δέρμα και ονομάζονται αλκάλια. Όταν διασπώνται στο διάλυμα, ανιχνεύονται ιόντα OH-, τα οποία προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας δείκτες. Για παράδειγμα, η άχρωμη φαινολοφθαλεΐνη γίνεται κατακόκκινη σε ένα αλκαλικό μέσο. Τόσο τα διαλύματα όσο και τα τήγματα υδροξειδίων νατρίου, καλίου, βαρίου και ασβεστίου είναι ηλεκτρολύτες. άγουν ηλεκτρισμό και θεωρούνται αγωγοί του δεύτερου είδους. Οι διαλυτές βάσεις, που χρησιμοποιούνται πιο συχνά στη βιομηχανία, περιλαμβάνουν περίπου 11 ενώσεις, όπως βασικά υδροξείδια του νατρίου, του καλίου, του αμμωνίου κ.λπ.
Η δομή του μορίου βάσης
Σχηματίζεται ένας ιοντικός δεσμός μεταξύ ενός κατιόντος μετάλλου και των ανιόντων ομάδων υδροξυλίου σε ένα μόριο ουσίας. Είναι αρκετά ισχυρό για αδιάλυτα στο νερό υδροξείδια, επομένως τα πολικά μόρια νερού δεν είναι σε θέση να καταστρέψουν το κρυσταλλικό πλέγμα μιας τέτοιας ένωσης. Τα αλκάλια είναι σταθερές ουσίες και πρακτικά δεν σχηματίζουν οξείδιο και νερό όταν θερμαίνονται. Έτσι, τα βασικά υδροξείδια του καλίου και του νατρίου βράζουν σε θερμοκρασίες πάνω από 1000 ° C, ενώ δεν αποσυντίθενται. Στους γραφικούς τύπους όλων των βάσεων, φαίνεται ξεκάθαρα ότι το άτομο οξυγόνου της ομάδας υδροξυλίου συνδέεται με έναν ομοιοπολικό δεσμό με το άτομο μετάλλου και τον άλλο με το άτομο υδρογόνου. Η δομή του μορίου και ο τύπος του χημικού δεσμού καθορίζουν όχι μόνο το φυσικό, αλλάκαι όλα τα χημικά χαρακτηριστικά των ουσιών. Ας σταθούμε σε αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες.
Ασβέστιο και μαγνήσιο και χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων των ενώσεων τους
Και τα δύο στοιχεία είναι τυπικοί εκπρόσωποι ενεργών μετάλλων και μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το οξυγόνο και το νερό. Το προϊόν της πρώτης αντίδρασης είναι ένα βασικό οξείδιο. Το υδροξείδιο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας εξώθερμης διαδικασίας που απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας. Οι βάσεις ασβεστίου και μαγνησίου είναι ελάχιστα διαλυτές λευκές σκόνες ουσίες. Οι ακόλουθες ονομασίες χρησιμοποιούνται συχνά για τις ενώσεις ασβεστίου: γάλα ασβέστη (αν είναι εναιώρημα σε νερό) και ασβεστόνερο. Ως τυπικό βασικό υδροξείδιο, το Ca(OH)2 αλληλεπιδρά με όξινα και αμφοτερικά οξείδια, οξέα και αμφοτερικές βάσεις, όπως υδροξείδια αργιλίου και ψευδαργύρου. Σε αντίθεση με τα τυπικά ανθεκτικά στη θερμότητα αλκάλια, οι ενώσεις μαγνησίου και ασβεστίου αποσυντίθενται σε οξείδιο και νερό υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Και οι δύο βάσεις, ειδικά το Ca(OH)2, χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, τη γεωργία και τις οικιακές ανάγκες. Ας εξετάσουμε περαιτέρω την αίτησή τους.
Πεδία εφαρμογής ενώσεων ασβεστίου και μαγνησίου
Είναι γνωστό ότι η κατασκευή χρησιμοποιεί ένα χημικό υλικό που ονομάζεται χνούδι ή σβησμένος ασβέστης. Είναι μια βάση ασβεστίου. Τις περισσότερες φορές λαμβάνεται με την αντίδραση του νερού με το βασικό οξείδιο του ασβεστίου. Οι χημικές ιδιότητες των βασικών υδροξειδίων τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους κλάδους της εθνικής οικονομίας. Για παράδειγμα, για τον καθαρισμό ακαθαρσιών στην παραγωγήακατέργαστη ζάχαρη, για να αποκτήσετε χλωρίνη, στη λεύκανση βαμβακερών και λινών νημάτων. Πριν από την εφεύρεση των ιονανταλλακτών - κατιονεναλλάκτες, οι βάσεις ασβεστίου και μαγνησίου χρησιμοποιήθηκαν σε τεχνολογίες αποσκλήρυνσης νερού, οι οποίες κατέστησαν δυνατή την απαλλαγή από υδρογονάνθρακες που υποβαθμίζουν την ποιότητά του. Για να γίνει αυτό, το νερό έβραζε με μικρή ποσότητα ανθρακικού νατρίου ή σβησμένο ασβέστη. Ένα υδατικό εναιώρημα υδροξειδίου του μαγνησίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θεραπεία για ασθενείς με γαστρίτιδα για τη μείωση της οξύτητας του γαστρικού υγρού.
Ιδιότητες βασικών οξειδίων και υδροξειδίων
Οι πιο σημαντικές για ουσίες αυτής της ομάδας είναι οι αντιδράσεις με οξείδια οξέος, οξέα, αμφοτερικές βάσεις και άλατα. Είναι ενδιαφέρον ότι αδιάλυτες βάσεις όπως υδροξείδια χαλκού, σιδήρου ή νικελίου δεν μπορούν να ληφθούν με άμεση αντίδραση του οξειδίου με νερό. Σε αυτή την περίπτωση, το εργαστήριο χρησιμοποιεί την αντίδραση μεταξύ του αντίστοιχου άλατος και αλκαλίου. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται βάσεις που καθιζάνουν. Για παράδειγμα, έτσι προκύπτει ένα μπλε ίζημα υδροξειδίου του χαλκού, ένα πράσινο ίζημα μιας βάσης σιδήρου. Στη συνέχεια, εξατμίζονται σε στερεές κονιώδεις ουσίες που σχετίζονται με αδιάλυτα στο νερό υδροξείδια. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των ενώσεων είναι ότι, υπό τη δράση υψηλών θερμοκρασιών, αποσυντίθενται στο αντίστοιχο οξείδιο και νερό, κάτι που δεν μπορεί να ειπωθεί για τα αλκάλια. Εξάλλου, οι υδατοδιαλυτές βάσεις είναι θερμικά σταθερές.
Ικανότητα Ηλεκτρόλυσης
Συνεχίζοντας τη μελέτη των βασικών ιδιοτήτων των υδροξειδίων, ας σταθούμε σε ένα ακόμη χαρακτηριστικό με το οποίο μπορεί κανείς να διακρίνει τις βάσεις των μετάλλων των αλκαλίων και των μετάλλων των αλκαλικών γαιών από τις αδιάλυτες στο νερό ενώσεις. Αυτή είναι η αδυναμία του τελευταίου να διασπαστεί σε ιόντα υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος. Αντίθετα, τήγματα και διαλύματα υδροξειδίων καλίου, νατρίου, βαρίου και στροντίου υποβάλλονται εύκολα σε ηλεκτρόλυση και είναι αγωγοί του δεύτερου είδους.
Λόγοι
Μιλώντας για τις ιδιότητες αυτής της κατηγορίας ανόργανων ουσιών, απαριθμήσαμε εν μέρει τις χημικές αντιδράσεις που αποτελούν τη βάση της παραγωγής τους σε εργαστηριακές και βιομηχανικές συνθήκες. Η πιο προσιτή και οικονομικά αποδοτική μέθοδος μπορεί να θεωρηθεί η θερμική αποσύνθεση του φυσικού ασβεστόλιθου, ως αποτέλεσμα της οποίας προκύπτει ασβέστης. Εάν πραγματοποιήσετε μια αντίδραση με νερό, τότε σχηματίζεται ένα βασικό υδροξείδιο - Ca (OH) 2. Ένα μείγμα αυτής της ουσίας με άμμο και νερό ονομάζεται κονίαμα. Συνεχίζει να χρησιμοποιείται για σοβάτισμα τοίχων, για συγκόλληση τούβλων και σε άλλους τύπους οικοδομικών εργασιών. Τα αλκάλια μπορούν επίσης να ληφθούν με αντίδραση των αντίστοιχων οξειδίων με νερό. Για παράδειγμα: K2O + H2O=2KON. Η διαδικασία είναι εξώθερμη με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας.
Αλληλεπίδραση αλκαλίων με όξινα και αμφοτερικά οξείδια
Οι χαρακτηριστικές χημικές ιδιότητες των υδατοδιαλυτών βάσεων περιλαμβάνουν την ικανότητά τους να σχηματίζουν άλατα σε αντιδράσεις με οξείδια που περιέχουν άτομα μη μετάλλων σε μόρια,για παράδειγμα, όπως διοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του θείου ή οξείδιο του πυριτίου. Συγκεκριμένα, το υδροξείδιο του ασβεστίου χρησιμοποιείται για την ξήρανση των αερίων και τα υδροξείδια του νατρίου και του καλίου για τη λήψη των αντίστοιχων ανθρακικών αλάτων. Οξείδια ψευδαργύρου και αλουμινίου, που σχετίζονται με αμφοτερικές ουσίες, μπορούν να αλληλεπιδράσουν τόσο με οξέα όσο και με αλκάλια. Στην τελευταία περίπτωση, μπορούν να σχηματιστούν σύνθετες ενώσεις, όπως το υδροξοζινικό νάτριο.
αντίδραση εξουδετέρωσης
Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες των βάσεων, τόσο αδιάλυτες στο νερό όσο και στα αλκάλια, είναι η ικανότητά τους να αντιδρούν με ανόργανα ή οργανικά οξέα. Αυτή η αντίδραση ανάγεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ δύο τύπων ιόντων: υδρογόνου και υδροξυλομάδων. Οδηγεί στο σχηματισμό μορίων νερού: HCI + KOH=KCI + H2O. Από τη σκοπιά της θεωρίας της ηλεκτρολυτικής διάστασης, η όλη αντίδραση ανάγεται στον σχηματισμό ενός αδύναμου, ελαφρώς διαχωρισμένου ηλεκτρολύτη - νερού.
Στο παραπάνω παράδειγμα, σχηματίστηκε ένα μέσο άλας - χλωριούχο κάλιο. Εάν ληφθούν βασικά υδροξείδια για την αντίδραση σε ποσότητα μικρότερη από την απαραίτητη για την πλήρη εξουδετέρωση του πολυβασικού οξέος, τότε κατά την εξάτμιση του προκύπτοντος προϊόντος, βρίσκονται κρύσταλλοι του άλατος οξέος. Η αντίδραση εξουδετέρωσης παίζει σημαντικό ρόλο στις μεταβολικές διεργασίες που συμβαίνουν στα ζωντανά συστήματα - κύτταρα και τους επιτρέπει, με τη βοήθεια των δικών τους ρυθμιστικών συμπλεγμάτων, να εξουδετερώνουν την περίσσεια ποσότητα ιόντων υδρογόνου που συσσωρεύεται στις αντιδράσεις αφομοίωσης.
