Основные гидроксиды

Осно́вные гидрокси́ды — это сложные вещества, которые состоят из атомов металла или иона аммония и гидроксогруппы (—OH) и в водном растворе диссоциируют с образованием анионов ОН⁻ и катионов. Название основания обычно состоит из двух слов: слова «гидроксид» и названия металла в родительном падеже (или слова «аммония»). Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.

ПолучениеПравить

 

Гранулы гидроксида натрия

 

Гидроксид кальция

 

Гидроксид алюминия

 

Метагидроксид железа

• Взаимодействие сильноосновного оксида с водой позволяет получить сильное основание или щёлочь.

  $\mathsf{C}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{}{\to }\mathsf{C}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}$${\mathsf {CaO+H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ Ca(OH)_{2}}}$ 

  Слабоосновные и амфотерные оксиды с водой не реагируют, поэтому соответствующие им гидроксиды таким способом получить нельзя.

• Гидроксиды малоактивных металлов получают при добавлении щелочи к растворам соответствующих солей. Так как растворимость слабоосновных гидроксидов в воде очень мала, гидроксид выпадает из раствора в виде студнеобразной массы.

  $\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\stackrel{}{\to }\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$${\mathsf {CuSO_{4}+2NaOH\ {\xrightarrow {}}\ Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}$ 

• Также основание можно получить при взаимодействии щелочного или щелочноземельного металла с водой.

  $\mathsf{C}\mathsf{a}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{}{\to }\mathsf{C}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {Ca+2H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}$ 

• Гидроксиды щелочных металлов в промышленности получают электролизом водных растворов солей:

  $\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{{\mathsf{e}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\ {\xrightarrow {e^{-}}}\ 2NaOH+H_{2}\uparrow +Cl_{2}\uparrow }}$ 

• Некоторые основания можно получить реакциями обмена:

  $\mathsf{L}{\mathsf{i}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{B}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{L}\mathsf{i}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{B}\mathsf{a}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->$${\mathsf {Li_{2}SO_{4}+Ba(OH)_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2LiOH+BaSO_{4}\downarrow }}$ 

• Основания металлов встречаются в природе в виде минералов, например: гидраргиллита Al(OH)₃, брусита Mg(OH)₂.

КлассификацияПравить

Основания классифицируются по ряду признаков.

• По растворимости в воде.
  • Растворимые основания (щёлочи): гидроксид лития LiOH, гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид бария Ba(OH)₂, гидроксид стронция Sr(OH)₂, гидроксид цезия CsOH, гидроксид рубидия RbOH, гидроксид таллия TlOH, гидроксид кальция Ca(OH)2
  • Практически нерастворимые основания: Mg(OH)₂, , Zn(OH)₂, Cu(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Be(OH)₂.
  • Другие основания: NH₃·H₂O

Деление на растворимые и нерастворимые основания практически полностью совпадает с делением на сильные и слабые основания, или гидроксиды металлов и переходных элементов. Исключение составляет гидроксид лития LiOH, хорошо растворимый в воде, но являющийся слабым основанием.

• По количеству гидроксильных групп в молекуле.
  • Однокислотные (гидроксид натрия NaOH)
  • Двукислотные (гидроксид меди(II) Cu(OH)₂)
  • Трехкислотные (гидроксид железа(III) Fe(OH)₃)
• По летучести.
  • Летучие: NH₃, CH₃-NH₂
  • Нелетучие: щёлочи, нерастворимые основания.
• По стабильности.
  • Стабильные: гидроксид натрия NaOH, гидроксид бария Ba(OH)₂
  • Нестабильные: гидроксид аммония NH₃·H₂O (гидрат аммиака).
• По степени электролитической диссоциации.
  • Сильные (α > 30 %): щёлочи.
  • Слабые (α < 3 %): нерастворимые основания.
• По наличию кислорода.
  • Кислородсодержащие: гидроксид калия KOH, гидроксид стронция Sr(OH)₂
  • Бескислородные: аммиак NH₃, амины.
• По типу соединения:
  • Неорганические основания: содержат одну или несколько групп -OH.
  • Органические основания: органические соединения, являющиеся акцепторами протонов: амины, амидины и другие соединения.

НоменклатураПравить

По номенклатуре IUPAC неорганические соединения, содержащие группы -OH, называются гидроксидами. Примеры систематических названий гидроксидов:

• NaOH — гидроксид натрия
• TlOH — гидроксид таллия(I)
• Fe(OH)₂ — гидроксид железа(II)

Если в соединении есть оксидные и гидроксидные анионы одновременно, то в названиях используются числовые приставки:

• TiO(OH)₂ — дигидроксид-оксид титана
• MoO(OH)₃ — тригидроксид-оксид молибдена

Для соединений, содержащих группу O(OH), используют традиционные названия с приставкой мета-:

• AlO(OH) — метагидроксид алюминия
• CrO(OH) — метагидроксид хрома

Для оксидов, гидратированных неопределённым числом молекул воды, например Tl₂O₃•n H₂O, недопустимо писать формулы типа Tl(OH)₃. Называть такие соединениями гидроксидами также не рекомендуется. Примеры названий:

• Tl₂O₃•n H₂O — полигидрат оксида таллия(III)
• MnO₂•n H₂O — полигидрат оксида марганца(IV)

Особо следует именовать соединение NH₃•H₂O, которое раньше записывали как NH₄OH и которое в водных растворах проявляет свойства основания. Это и подобные соединения следует именовать как гидрат:

• NH₃•H₂O — гидрат аммиака
• N₂H₄•H₂O — гидрат гидразина

Химические свойстваПравить

• В водных растворах основания диссоциируют, что изменяет ионное равновесие:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\rightleftarrows <!--\; \rightleftarrows \; -->\mathsf{N}{\mathsf{a}}^{\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{O}{\mathsf{H}}^{\mathsf{-<!--\; -\; -->}}$${\mathsf {NaOH\ \rightleftarrows \ Na^{+}+OH^{-}}}$ 

это изменение проявляется в цветах некоторых кислотно-основных индикаторов:

• лакмус становится синим,
• метилоранж — жёлтым,
• фенолфталеин приобретает цвет фуксии.

• При взаимодействии с кислотой происходит реакция нейтрализации и образуется соль и вода:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {NaOH+HCl\ {\xrightarrow {}}\ NaCl+H_{2}O}}$ 

Примечание: реакция не идёт, если и кислота и основание слабые.

• При избытке кислоты или основания реакция нейтрализации идёт не до конца и образуются кислые или осно́вные соли, соответственно:

$\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}\mathsf{a}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{P}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {NaOH+H_{3}PO_{4}\ {\xrightarrow {}}\ NaH_{2}PO_{4}+H_{2}O}}$ 

$\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{}{\to }\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2Cu(OH)_{2}+H_{2}CO_{3}\ {\xrightarrow {}}\ (CuOH)_{2}CO_{3}+2H_{2}O}}$ 

• Амфотерные основания могут реагировать с щелочами с образованием гидроксокомплексов:

$\mathsf{Z}\mathsf{n}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{O}\mathsf{H}\stackrel{}{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{[}\mathsf{Z}\mathsf{n}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{4}}\mathsf{]}$${\mathsf {Zn(OH)_{2}+2KOH\ {\xrightarrow {}}\ K_{2}[Zn(OH)_{4}]}}$ 

• Основания реагируют с кислотными или амфотерными оксидами с образованием солей:

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{}{\to }\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2NaOH+SiO_{2}\ {\xrightarrow {}}\ Na_{2}SiO_{3}+H_{2}O}}$ 

$\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{A}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{A}\mathsf{l}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {2NaOH+Al_{2}O_{3}\ {\xrightarrow {}}\ 2NaAlO_{2}+H_{2}O}}$ 

• Основания вступают в обменные реакции (реагируют с растворами солей):

$\mathsf{B}\mathsf{a}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{N}{\mathsf{a}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{N}\mathsf{a}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{B}\mathsf{a}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\downarrow <!--\; \downarrow \; -->$${\mathsf {Ba(OH)_{2}+Na_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {}}\ 2NaOH+BaSO_{4}\downarrow }}$ 

• Слабые и нерастворимые основания при нагреве разлагаются на оксид и воду:

$\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{O}\mathsf{H}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\stackrel{\mathsf{T}}{\to }\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\mathsf {Cu(OH)_{2}\ {\xrightarrow {T}}\ CuO+H_{2}O}}$ 

Некоторые основания (Cu(I), Ag, Au(I)) разлагаются уже при комнатной температуре.

• Основания щелочных металлов (кроме лития) при нагревании плавятся, расплавы являются электролитами.

См. такжеПравить

• Кислота
• Соли
• Оксиды
• Гидроксиды
• Теории кислот и оснований

ЛитератураПравить

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.
• Лидин Р.А. и др. Номенклатура неорганических веществ. — М.: КолосС, 2006. — 95 с. — ISBN 5-9532-0446-9.