1.3. Основания
1.3.1. Классификация и номенклатура оснований
Основаниями называют сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или несколькими гидроксогруппами. Общая формула оснований Men(OH)n.
Основания по количеству гидроксогрупп делятся на однокислотные (например, NaOH, KOH) и многокислотные (например, Ca(OH)2 двукислотное, Al(OH)3 трехкислотное). По растворимости в воде основания делятся на растворимые (щелочи) и нерастворимые. Растворимые основания (щелочи) образуют элементы первой группы главной подгруппы (1А группы) и некоторые элементы второй группы главной подгруппы (2А группы), такие как Ca, Ba, Sr. Остальные металлы образуют нерастворимые или малорастворимые основания. Например: Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3.
Названия гидроксидов строятся следующим образом: говорится слово гидроксид и добавляется название катиона в родительном падеже. Например: NaOH гидроксид натрия, Ca(OH)2 гидроксид кальция.
Если элемент образует несколько оснований, то указывается его степень окисления. Например: Fe(OH)2 гидроксид железа (II); Fe(OH)3 гидроксид железа (III).
1.3.2. Способы получения оснований
Существует три основных способа получения оснований:
1) растворимые основания получают при взаимодействии металлов или их оксидов с водой:
2Na + H2O = 2NaOH + H2; (31)
Na2O + H2O = 2NaOH. (32)
Гидроксиды щелочно-земельных металлов также получают действием воды на их оксиды, например в процессе гашения извести:
CaO + H2O = Ca(OH)2; (33)
13
2) нерастворимые в воде основания получают в лаборатории реакцией обмена:
FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl. (34)
в промышленности используют необратимый гидролиз, например при получении гидроксида алюминия:
Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4. (35)
Для смещения равновесия вправо раствор иногда нейтрализуют содой:
Al2(SO4)3 + 3H2O + 3Na2CO3 = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2. (36)
В промышленном производстве алюминия в процессе очистки сырья получают алюминат натрия, при добавлении к которому кислоты выпадает осадок гидроксида алюминия:
NaAl(OH)4 + HCl = Al(OH)3 + NaCl + H2O; (37)
NaAlO2 + H2O + HCl = Al(OH)3 + NaCl. (38)
3) гидроксиды щелочных металлов получают электролизом их водных растворов. Так в промышленности производят каустическую соду – гидроксид натрия:
2
NaCl
+ H2O
электролиз
2NaOH + Cl2.
(39)
1.3.3. Свойства оснований
Свойства растворимых в воде оснований определяется присутствием в их растворах ионов ОН.
Гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов, называемые щелочами, – сильные электролиты, их диссоциация необратима:
NaOH = Na+ + OH, Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH. (40)
Растворы щелочей, мыльные на ощупь, изменяют окраску индикаторов.
Гидроксид аммония (как и гидроксиды аминов) – слабое основание:
NH3 H2O = NH4+ + OH. (41)
Нерастворимые в воде основания практически не дают ионов ОН в раствор, и поэтому для них не характерны свойства оснований как электролитов, диссоциирующих с образованием ионов ОН-. Они, например, не изменяют цвет индикаторов, но с кислотами реагируют:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3 H2O. (42)
Для нерастворимых оснований характерна неустойчивость. Уже при незначительном нагревании, а иногда прямо в момент образования они отщепляют воду:
14
Cu(OH)2 = CuO + H2O; (43)
2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O; (44)
2Ag+ + 2OH- = Ag2O + H2O. (45)
Важнейшие химические свойства оснований обусловлены их взаимодействием с кислотами, ангидридами кислот, солями и растворами солей:
KOH + HCl = KCl + H2O; (46)
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O; (47)
2NaOH + FeSO4 = Fe(OH)2 + Na2SO4. (48)
Амфотерные гидроксиды это такие гидроксиды, которые проявляют свойства как оснований, так и кислот. Они соответствуют амфотерным оксидам: ZnO Zn(OH)2; Cr2O3 Cr(OH)3; Al2O3 Al(OH)3.
Рассмотрим амфотерные свойства гидроксида на примере Аl(OH)3:
Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + H2O; (49)
Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4]. (50)