Glavne klase neorganskih supstanci, pored oksida, kiselina i soli, uključuju grupu jedinjenja koja se nazivaju baze ili hidroksidi. Svi oni imaju jedinstven plan molekularne strukture: nužno sadrže jednu ili više hidroksilnih grupa povezanih s ionom metala u svom sastavu. Osnovni hidroksidi su genetski povezani sa oksidima i solima metala, što određuje ne samo njihova hemijska svojstva, već i metode dobijanja u laboratoriji i industriji.
Postoji nekoliko oblika klasifikacije baza, koje se zasnivaju kako na karakteristikama metala koji je dio molekula, tako i na sposobnosti tvari da se otapa u vodi. U našem članku ćemo razmotriti ove karakteristike hidroksida, kao i upoznati se sa njihovim hemijskim svojstvima, od kojih zavisi upotreba baza u industriji i svakodnevnom životu.
Fizička svojstva
Sve baze formirane od aktivnih ili tipičnih metala su čvrste materije sa širokim rasponom tačaka topljenja. U odnosu na vodu, onidijele se na visoko rastvorljive - alkalne i nerastvorljive u vodi. Na primjer, bazični hidroksidi koji sadrže elemente grupe IA kao katjone lako se otapaju u vodi i jaki su elektroliti. Sapunaste su na dodir, nagrizaju tkaninu, kožu i nazivaju se alkalije. Kada se disociraju u rastvoru, detektuju se joni OH-, koji se određuju pomoću indikatora. Na primjer, bezbojni fenolftalein postaje grimiz u alkalnom mediju. I rastvori i taline natrijuma, kalijuma, barijuma i kalcijum hidroksida su elektroliti; provode elektricitet i smatraju se provodnicima druge vrste. Rastvorljive baze, koje se najčešće koriste u industriji, uključuju oko 11 jedinjenja, kao što su bazični hidroksidi natrijuma, kalija, amonijuma, itd.
Struktura baznog molekula
Jonska veza se formira između kationa metala i anjona hidroksilnih grupa u molekulu supstance. Dovoljno je jak za hidrokside netopive u vodi, tako da polarne molekule vode nisu u stanju da unište kristalnu rešetku takvog spoja. Alkalije su stabilne tvari i praktički ne stvaraju okside i vodu kada se zagrijavaju. Dakle, bazni hidroksidi kalijuma i natrijuma ključaju na temperaturama iznad 1000°C, dok se ne raspadaju. U grafičkim formulama svih baza jasno se vidi da je atom kisika hidroksilne grupe jednom kovalentnom vezom vezan za atom metala, a drugom za atom vodika. Struktura molekula i vrsta hemijske veze određuju ne samo fizičku, veći sve hemijske karakteristike supstanci. Zaustavimo se na njima detaljnije.
Kalcijum i magnezijum i karakteristike svojstava njihovih jedinjenja
Oba elementa su tipični predstavnici aktivnih metala i mogu stupiti u interakciju s kisikom i vodom. Produkt prve reakcije je bazični oksid. Hidroksid nastaje kao rezultat egzotermnog procesa koji oslobađa veliku količinu topline. Baze kalcijuma i magnezija su slabo rastvorljive bele praškaste supstance. Za jedinjenja kalcijuma često se koriste sledeći nazivi: krečno mleko (ako je suspenzija u vodi) i krečna voda. Budući da je tipičan bazični hidroksid, Ca(OH)2 stupa u interakciju sa kiselim i amfoternim oksidima, kiselinama i amfoternim bazama, kao što su hidroksidi aluminijuma i cinka. Za razliku od tipičnih alkalija otpornih na toplinu, spojevi magnezija i kalcija se pod utjecajem temperature razlažu u oksid i vodu. Obje baze, posebno Ca(OH)2, imaju široku primjenu u industriji, poljoprivredi i domaćim potrebama. Razmotrimo dalje njihovu primjenu.
Oblasti primene jedinjenja kalcijuma i magnezijuma
Poznato je da se u izgradnji koristi hemijski materijal koji se zove paperje ili gašeno vapno. To je baza kalcijuma. Najčešće se dobija reakcijom vode sa bazičnim kalcijum oksidom. Hemijska svojstva osnovnih hidroksida omogućavaju im široku upotrebu u različitim granama nacionalne ekonomije. Na primjer, za čišćenje nečistoća u proizvodnjisirovi šećer, za dobijanje izbjeljivača, u izbjeljivanju pamučne i lanene pređe. Prije pronalaska jonskih izmjenjivača - kationskih izmjenjivača, u tehnologijama omekšavanja vode korištene su baze kalcijuma i magnezija, što je omogućilo da se oslobode ugljovodonika koji degradiraju njen kvalitet. Da biste to učinili, voda je prokuhana s malom količinom sode pepela ili gašenog vapna. Vodena suspenzija magnezijum hidroksida može se koristiti kao lijek za pacijente sa gastritisom za smanjenje kiselosti želudačnog soka.
Svojstva osnovnih oksida i hidroksida
Za supstance ove grupe najvažnije su reakcije sa kiselim oksidima, kiselinama, amfoternim bazama i solima. Zanimljivo je da se nerastvorljive baze kao što su hidroksidi bakra, gvožđa ili nikla ne mogu dobiti direktnom reakcijom oksida sa vodom. U ovom slučaju, laboratorij koristi reakciju između odgovarajuće soli i lužine. Kao rezultat, formiraju se baze koje se talože. Na primjer, ovako se dobija plavi talog bakar hidroksida, zeleni precipitat željezne baze. Zatim se isparavaju do čvrstih praškastih supstanci koje se odnose na hidrokside netopive u vodi. Posebnost ovih spojeva je da se pod djelovanjem visokih temperatura razlažu na odgovarajući oksid i vodu, što se ne može reći za alkalije. Na kraju krajeva, baze rastvorljive u vodi su termički stabilne.
Sposobnost elektrolize
Nastavljajući proučavanje osnovnih svojstava hidroksida, zadržimo se na još jednoj osobini po kojoj se mogu razlikovati baze alkalnih i zemnoalkalnih metala od jedinjenja nerastvorljivih u vodi. To je nemogućnost potonjeg da se disocira na ione pod utjecajem električne struje. Naprotiv, taline i rastvori kalijum, natrijum, barijum i stroncijum hidroksida lako se podvrgavaju elektrolizi i provodnici su druge vrste.
Dobijanje osnova
Govoreći o svojstvima ove klase neorganskih supstanci, djelimično smo naveli hemijske reakcije koje su u osnovi njihove proizvodnje u laboratorijskim i industrijskim uslovima. Najpristupačnijom i najisplativijom metodom može se smatrati termička razgradnja prirodnog vapnenca, uslijed čega se dobiva živo vapno. Ako izvedete reakciju sa vodom, tada se formira bazični hidroksid - Ca (OH) 2. Mješavina ove tvari s pijeskom i vodom naziva se m alter. I dalje se koristi za m alterisanje zidova, za lepljenje cigle i u drugim vrstama građevinskih radova. Alkalije se također mogu dobiti reakcijom odgovarajućih oksida s vodom. Na primjer: K2O + H2O=2KON. Proces je egzotermičan sa oslobađanjem velike količine toplote.
Interakcija alkalija sa kiselim i amfoternim oksidima
Karakteristična hemijska svojstva baza rastvorljivih u vodi uključuju njihovu sposobnost da formiraju soli u reakcijama sa oksidima koji sadrže atome nemetala u molekulima,na primjer, kao što je ugljični dioksid, sumpor dioksid ili silicijum oksid. Konkretno, kalcijum hidroksid se koristi za sušenje gasova, a natrijum i kalijum hidroksid za dobijanje odgovarajućih karbonata. Oksidi cinka i aluminijuma, koji se odnose na amfoterne supstance, mogu da komuniciraju i sa kiselinama i sa alkalijama. U potonjem slučaju mogu se formirati kompleksna jedinjenja, kao što je natrijum hidroksozinkat.
Reakcija neutralizacije
Jedno od najvažnijih svojstava baza, nerastvorljivih u vodi i alkalijama, je njihova sposobnost da reaguju sa neorganskim ili organskim kiselinama. Ova reakcija se svodi na interakciju između dva tipa jona: vodikovih i hidroksilnih grupa. To dovodi do stvaranja molekula vode: HCI + KOH=KCI + H2O. Sa stanovišta teorije elektrolitičke disocijacije, cijela reakcija se svodi na stvaranje slabog, blago disociranog elektrolita - vode.
U gornjem primjeru nastala je prosječna sol - kalijum hlorid. Ako se za reakciju uzmu bazični hidroksidi u količini manjoj od potrebne za potpunu neutralizaciju polibazne kiseline, tada se nakon isparavanja rezultirajućeg proizvoda nalaze kristali kisele soli. Reakcija neutralizacije igra važnu ulogu u metaboličkim procesima koji se odvijaju u živim sistemima – ćelijama i omogućava im da uz pomoć sopstvenih puferskih kompleksa neutrališu višak vodonikovih jona akumuliranih u reakcijama disimilacije.
