Hlavní třídy anorganických látek, kromě oxidů, kyselin a solí, zahrnují skupinu sloučenin nazývaných zásady nebo hydroxidy. Všechny mají jeden plán molekulární struktury: ve svém složení nutně obsahují jednu nebo více hydroxylových skupin spojených s kovovým iontem. Zásadité hydroxidy jsou geneticky příbuzné oxidům kovů a solím, což určuje nejen jejich chemické vlastnosti, ale také metody získávání v laboratoři a průmyslu.
Existuje několik forem klasifikace bází, které jsou založeny jak na vlastnostech kovu, který je součástí molekuly, tak na schopnosti látky rozpouštět se ve vodě. V našem článku se budeme zabývat těmito vlastnostmi hydroxidů a seznámíme se s jejich chemickými vlastnostmi, na kterých závisí použití zásad v průmyslu a každodenním životě.
Fyzikální vlastnosti
Všechny báze tvořené aktivními nebo typickými kovy jsou pevné látky s širokým rozsahem teplot tání. Ve vztahu k vodě, onise dělí na vysoce rozpustné – alkalické a nerozpustné ve vodě. Například zásadité hydroxidy obsahující prvky skupiny IA jako kationty se snadno rozpouštějí ve vodě a jsou silnými elektrolyty. Na dotek jsou mýdlové, leptají látku, kůži a říká se jim alkálie. Když disociují v roztoku, jsou detekovány ionty OH-, které jsou určeny pomocí indikátorů. Například bezbarvý fenolftalein se v alkalickém prostředí stává karmínovým. Roztoky i taveniny hydroxidů sodíku, draslíku, barya a vápníku jsou elektrolyty; vedou elektřinu a jsou považovány za vodiče druhého druhu. Rozpustné zásady, nejčastěji používané v průmyslu, zahrnují asi 11 sloučenin, jako jsou zásadité hydroxidy sodíku, draslíku, amonia atd.
Struktura základní molekuly
Mezi kovovým kationtem a anionty hydroxylových skupin v molekule látky vzniká iontová vazba. Je dostatečně silný pro hydroxidy nerozpustné ve vodě, takže polární molekuly vody nejsou schopny zničit krystalovou mřížku takové sloučeniny. Alkálie jsou stabilní látky a při zahřívání prakticky netvoří oxid a vodu. Zásadité hydroxidy draslíku a sodíku tedy vrou při teplotách nad 1000 °C, přičemž se nerozkládají. V grafických vzorcích všech bází je jasně vidět, že atom kyslíku hydroxylové skupiny je vázán jednou kovalentní vazbou k atomu kovu a druhou k atomu vodíku. Struktura molekuly a typ chemické vazby určují nejen fyzikální, alea všechny chemické vlastnosti látek. Pojďme se jim věnovat podrobněji.
Vápník a hořčík a vlastnosti jejich sloučenin
Oba prvky jsou typickými zástupci aktivních kovů a mohou interagovat s kyslíkem a vodou. Produktem první reakce je bazický oxid. Hydroxid vzniká jako výsledek exotermického procesu, při kterém se uvolňuje velké množství tepla. Vápník a hořčík jsou těžko rozpustné bílé práškovité látky. Pro sloučeniny vápníku se často používají následující názvy: vápenné mléko (pokud se jedná o suspenzi ve vodě) a vápenná voda. Jako typický zásaditý hydroxid Ca(OH)2 interaguje s kyselými a amfoterními oxidy, kyselinami a amfoterními bázemi, jako jsou hydroxidy hliníku a zinku. Na rozdíl od typických žáruvzdorných alkálií se sloučeniny hořčíku a vápníku vlivem teploty rozkládají na oxid a vodu. Obě báze, zejména Ca(OH)2, jsou široce používány v průmyslu, zemědělství a domácích potřebách. Zvažme jejich aplikaci dále.
Oblasti použití sloučenin vápníku a hořčíku
Je dobře známo, že při stavbě se používá chemický materiál zvaný chmýří nebo hašené vápno. Jedná se o vápenatý základ. Nejčastěji se získává reakcí vody se zásaditým oxidem vápenatým. Chemické vlastnosti bazických hydroxidů umožňují jejich široké využití v různých odvětvích národního hospodářství. Například na čištění nečistot ve výroběsurový cukr, k získání bělidla, při bělení bavlněné a lněné příze. Před vynálezem iontoměničů - katexů se v technologiích změkčování vody používaly vápenaté a hořčíkové báze, které umožňovaly zbavit se uhlovodíků znehodnocujících její kvalitu. K tomu se voda vařila s malým množstvím uhličitanu sodného nebo hašeného vápna. Vodnou suspenzi hydroxidu hořečnatého lze použít jako lék pro pacienty s gastritidou ke snížení kyselosti žaludeční šťávy.
Vlastnosti bazických oxidů a hydroxidů
Pro látky této skupiny jsou nejdůležitější reakce s oxidy kyselin, kyselinami, amfoterními bázemi a solemi. Je zajímavé, že nerozpustné zásady, jako jsou hydroxidy mědi, železa nebo niklu, nelze získat přímou reakcí oxidu s vodou. V tomto případě laboratoř používá reakci mezi odpovídající solí a alkálií. V důsledku toho se tvoří báze, které se vysrážejí. Tak se například získá modrá sraženina hydroxidu měďnatého, zelená sraženina železité báze. Následně se odpaří na pevné práškovité látky příbuzné ve vodě nerozpustným hydroxidům. Charakteristickým rysem těchto sloučenin je, že se působením vysokých teplot rozkládají na odpovídající oxid a vodu, což nelze říci o alkáliích. Koneckonců, vodou ředitelné základy jsou tepelně stabilní.
Schopnost elektrolýzy
Pokračujeme-li ve studiu základních vlastností hydroxidů, zastavme se ještě u jedné vlastnosti, podle které lze odlišit báze alkalických kovů a kovů alkalických zemin od sloučenin nerozpustných ve vodě. To je nemožnost posledně jmenovaného disociovat na ionty pod vlivem elektrického proudu. Naopak taveniny a roztoky hydroxidů draslíku, sodíku, barya a stroncia snadno podléhají elektrolýze a jsou vodiči druhého druhu.
Získání důvodů
Když mluvíme o vlastnostech této třídy anorganických látek, částečně jsme uvedli chemické reakce, které jsou základem jejich výroby v laboratorních a průmyslových podmínkách. Za nejdostupnější a cenově nejvýhodnější metodu lze považovat tepelný rozklad přírodního vápence, v jehož důsledku se získává nehašené vápno. Pokud provedete reakci s vodou, vytvoří se zásaditý hydroxid - Ca (OH) 2. Směs této látky s pískem a vodou se nazývá m alta. Nadále se používá pro omítání stěn, pro lepení cihel a v jiných typech stavebních prací. Alkálie lze také získat reakcí příslušných oxidů s vodou. Například: K2O + H2O=2KON. Proces je exotermický s uvolňováním velkého množství tepla.
Interakce alkálií s kyselými a amfoterními oxidy
Charakteristické chemické vlastnosti ve vodě rozpustných bází zahrnují jejich schopnost tvořit soli v reakcích s oxidy obsahujícími nekovové atomy v molekulách,například oxid uhličitý, oxid siřičitý nebo oxid křemičitý. Hydroxid vápenatý se používá zejména k sušení plynů a hydroxid sodný a draselný k získání odpovídajících uhličitanů. Oxidy zinku a hliníku, příbuzné amfoterním látkám, mohou interagovat s kyselinami i zásadami. V druhém případě mohou vznikat komplexní sloučeniny, jako je hydroxozinkat sodný.
Neutralizační reakce
Jednou z nejdůležitějších vlastností zásad, nerozpustných ve vodě i zásadách, je jejich schopnost reagovat s anorganickými nebo organickými kyselinami. Tato reakce je redukována na interakci mezi dvěma typy iontů: vodíkem a hydroxylovými skupinami. Vede ke vzniku molekul vody: HCI + KOH=KCI + H2O. Z hlediska teorie elektrolytické disociace je celá reakce redukována na vznik slabého, mírně disociovaného elektrolytu - vody.
Ve výše uvedeném příkladu vznikla průměrná sůl – chlorid draselný. Jestliže se pro reakci použijí zásadité hydroxidy v množství menším, než je nutné pro úplnou neutralizaci vícesytné kyseliny, pak se po odpaření výsledného produktu objeví krystaly soli kyseliny. Neutralizační reakce hraje důležitou roli v metabolických procesech probíhajících v živých systémech - buňkách a umožňuje jim pomocí jejich vlastních pufrových komplexů neutralizovat přebytečné množství vodíkových iontů nahromaděných v disimilačních reakcích.
