Galvenās neorganisko vielu klases papildus oksīdiem, skābēm un sāļiem ietver savienojumu grupu, ko sauc par bāzēm vai hidroksīdiem. Visiem tiem ir viens molekulārās struktūras plāns: tajos obligāti ir viena vai vairākas hidroksilgrupas, kas savienotas ar metāla jonu. Bāzes hidroksīdi ir ģenētiski saistīti ar metālu oksīdiem un sāļiem, kas nosaka ne tikai to ķīmiskās īpašības, bet arī iegūšanas metodes laboratorijā un rūpniecībā.
Ir vairākas bāzu klasifikācijas formas, kas balstās gan uz molekulas sastāvā esošā metāla īpašībām, gan uz vielas spēju izšķīst ūdenī. Mūsu rakstā aplūkosim šīs hidroksīdu īpašības, kā arī iepazīsimies ar to ķīmiskajām īpašībām, no kurām ir atkarīga bāzu izmantošana rūpniecībā un ikdienā.
Fizikālās īpašības
Visas bāzes, ko veido aktīvi vai tipiski metāli, ir cietas vielas ar plašu kušanas punktu diapazonu. Saistībā ar ūdeni viņitiek sadalīti labi šķīstošās - sārmainās un ūdenī nešķīstošās. Piemēram, bāzes hidroksīdi, kas satur IA grupas elementus kā katjonus, viegli izšķīst ūdenī un ir spēcīgi elektrolīti. Uz tausti tie ir ziepjami, korodē audumu, ādu un tiek saukti par sārmiem. Kad tie disociējas šķīdumā, tiek konstatēti OH- joni, kurus nosaka, izmantojot indikatorus. Piemēram, bezkrāsains fenolftaleīns sārmainā vidē kļūst sārtināts. Gan nātrija, kālija, bārija un kalcija hidroksīdu šķīdumi, gan kausējumi ir elektrolīti; vada elektrību un tiek uzskatīti par otrā veida vadītājiem. Šķīstošās bāzes, kuras visbiežāk izmanto rūpniecībā, ietver aptuveni 11 savienojumus, piemēram, nātrija, kālija, amonija u.c. bāzes hidroksīdus.
Bāzes molekulas struktūra
Jonu saite veidojas starp metāla katjonu un hidroksilgrupu anjoniem vielas molekulā. Tas ir pietiekami stiprs ūdenī nešķīstošiem hidroksīdiem, tāpēc polārās ūdens molekulas nespēj iznīcināt šāda savienojuma kristālisko režģi. Sārmi ir stabilas vielas un karsējot praktiski neveido oksīdu un ūdeni. Tādējādi kālija un nātrija bāzes hidroksīdi vārās temperatūrā virs 1000 ° C, kamēr tie nesadalās. Visu bāzu grafiskajās formulās skaidri redzams, ka hidroksilgrupas skābekļa atoms ir saistīts ar vienu kovalento saiti ar metāla atomu, bet otru ar ūdeņraža atomu. Molekulas struktūra un ķīmiskās saites veids nosaka ne tikai fizikālo, betun visas vielu ķīmiskās īpašības. Pakavēsimies pie tiem sīkāk.
Kalcijs un magnijs un to savienojumu īpašības
Abi elementi ir tipiski aktīvo metālu pārstāvji un var mijiedarboties ar skābekli un ūdeni. Pirmās reakcijas produkts ir bāzes oksīds. Hidroksīds veidojas eksotermiska procesa rezultātā, kas izdala lielu daudzumu siltuma. Kalcija un magnija bāzes ir slikti šķīstošas b altas pulverveida vielas. Kalcija savienojumiem bieži tiek lietoti šādi nosaukumi: kaļķa piens (ja tas ir suspensija ūdenī) un kaļķu ūdens. Būdams tipisks bāzes hidroksīds, Ca(OH)2 mijiedarbojas ar skābiem un amfoteriskiem oksīdiem, skābēm un amfoteriskām bāzēm, piemēram, alumīnija un cinka hidroksīdiem. Atšķirībā no tipiskiem karstumizturīgiem sārmiem, magnija un kalcija savienojumi temperatūras ietekmē sadalās oksīdos un ūdenī. Abas bāzes, īpaši Ca(OH)2, tiek plaši izmantotas rūpniecībā, lauksaimniecībā un sadzīves vajadzībām. Apskatīsim viņu pieteikumu sīkāk.
Kalcija un magnija savienojumu pielietojuma jomas
Ir labi zināms, ka celtniecībā tiek izmantots ķīmisks materiāls, ko sauc par pūkām vai dzēstiem kaļķiem. Tā ir kalcija bāze. Visbiežāk to iegūst, ūdenim reaģējot ar bāzisku kalcija oksīdu. Bāzes hidroksīdu ķīmiskās īpašības ļauj tos plaši izmantot dažādās tautsaimniecības nozarēs. Piemēram, lai attīrītu piemaisījumus ražošanājēlcukurs, lai iegūtu balinātāju, kokvilnas un linu dzijas balināšanā. Pirms jonu apmaiņas aparātu izgudrošanas ūdens mīkstināšanas tehnoloģijās tika izmantotas kalcija un magnija bāzes, kas ļāva atbrīvoties no ogļūdeņražiem, kas pasliktina tā kvalitāti. Lai to izdarītu, ūdeni uzvārīja ar nelielu daudzumu sodas pelnu vai dzēsto kaļķu. Magnija hidroksīda ūdens suspensiju var izmantot kā līdzekli pacientiem ar gastrītu, lai samazinātu kuņģa sulas skābumu.
Bāzisko oksīdu un hidroksīdu īpašības
Šīs grupas vielām vissvarīgākās ir reakcijas ar skābiem oksīdiem, skābēm, amfoteriskām bāzēm un sāļiem. Interesanti, ka nešķīstošas bāzes, piemēram, vara, dzelzs vai niķeļa hidroksīdus, nevar iegūt, oksīdam tieši reaģējot ar ūdeni. Šajā gadījumā laboratorija izmanto reakciju starp atbilstošo sāli un sārmu. Tā rezultātā veidojas bāzes, kas izgulsnējas. Piemēram, šādi tiek iegūtas zilas vara hidroksīda nogulsnes, zaļas dzelzs bāzes nogulsnes. Pēc tam tos iztvaicē līdz cietām pulverveida vielām, kas saistītas ar ūdenī nešķīstošiem hidroksīdiem. Šo savienojumu īpatnība ir tā, ka augstas temperatūras ietekmē tie sadalās atbilstošā oksīdā un ūdenī, ko nevar teikt par sārmiem. Galu galā ūdenī šķīstošās bāzes ir termiski stabilas.
Elektrolīzes spēja
Turpinot pētīt hidroksīdu pamatīpašības, pakavēsimies pie vēl vienas pazīmes, pēc kuras var atšķirt sārmu un sārmzemju metālu bāzes no ūdenī nešķīstošiem savienojumiem. Tā ir pēdējā neiespējamība elektriskās strāvas ietekmē sadalīties jonos. Gluži pretēji, kālija, nātrija, bārija un stroncija hidroksīdu kausējumi un šķīdumi ir viegli pakļauti elektrolīzei un ir otrā veida vadītāji.
Pamatojuma iegūšana
Runājot par šīs neorganisko vielu klases īpašībām, mēs esam daļēji uzskaitījuši ķīmiskās reakcijas, kas ir to ražošanas pamatā laboratorijas un rūpnieciskos apstākļos. Par pieejamāko un ekonomiski izdevīgāko metodi var uzskatīt dabiskā kaļķakmens termisko sadalīšanu, kā rezultātā tiek iegūts dzēstais kaļķis. Ja jūs veicat reakciju ar ūdeni, tad veidojas bāzes hidroksīds - Ca (OH) 2. Šīs vielas maisījumu ar smiltīm un ūdeni sauc par javu. To turpina izmantot sienu apmešanai, ķieģeļu līmēšanai un cita veida būvdarbiem. Sārmus var iegūt arī, attiecīgiem oksīdiem reaģējot ar ūdeni. Piemēram: K2O + H2O=2KON. Process ir eksotermisks, izdalot lielu daudzumu siltuma.
Sārmu mijiedarbība ar skābiem un amfoteriskajiem oksīdiem
Ūdenī šķīstošo bāzu raksturīgās ķīmiskās īpašības ietver to spēju veidot sāļus reakcijās ar oksīdiem, kas satur nemetālu atomus molekulās,piemēram, oglekļa dioksīds, sēra dioksīds vai silīcija oksīds. Jo īpaši gāzu žāvēšanai izmanto kalcija hidroksīdu, bet atbilstošo karbonātu iegūšanai izmanto nātrija un kālija hidroksīdu. Cinka un alumīnija oksīdi, kas saistīti ar amfoteriskām vielām, var mijiedarboties gan ar skābēm, gan ar sārmiem. Pēdējā gadījumā var veidoties sarežģīti savienojumi, piemēram, nātrija hidroksozinkāts.
Neitralizācijas reakcija
Viena no svarīgākajām bāzu īpašībām, kas nešķīst ūdenī un sārmos, ir to spēja reaģēt ar neorganiskām vai organiskām skābēm. Šī reakcija ir samazināta līdz divu veidu jonu mijiedarbībai: ūdeņraža un hidroksilgrupām. Tas noved pie ūdens molekulu veidošanās: HCI + KOH=KCI + H2O. No elektrolītiskās disociācijas teorijas viedokļa visa reakcija tiek reducēta uz vāja, nedaudz disociēta elektrolīta - ūdens veidošanos.
Iepriekš minētajā piemērā izveidojās vidējais sāls - kālija hlorīds. Ja reakcijai ņem bāziskos hidroksīdus mazākā daudzumā, nekā nepieciešams pilnīgai daudzvērtīgās skābes neitralizācijai, tad, iztvaicējot iegūto produktu, tiek konstatēti skābes sāls kristāli. Neitralizācijas reakcijai ir svarīga loma vielmaiņas procesos, kas notiek dzīvās sistēmās - šūnās un ļauj tām ar savu buferkompleksu palīdzību neitralizēt disimilācijas reakcijās uzkrāto ūdeņraža jonu pārpalikumu.
