De belangrijkste klassen van anorganische stoffen, naast oxiden, zuren en zouten, omvatten een groep verbindingen die basen of hydroxiden worden genoemd. Ze hebben allemaal een enkelvoudig molecuulstructuurplan: ze bevatten noodzakelijkerwijs een of meer hydroxylgroepen die zijn verbonden met een metaalion in zijn samenstelling. Basische hydroxiden zijn genetisch verwant aan metaaloxiden en zouten, wat niet alleen hun chemische eigenschappen bepa alt, maar ook de methodes voor het verkrijgen in het laboratorium en de industrie.
Er zijn verschillende vormen van classificatie van basen, die zowel gebaseerd zijn op de eigenschappen van het metaal dat deel uitmaakt van het molecuul als op het vermogen van de stof om in water op te lossen. In ons artikel zullen we deze kenmerken van hydroxiden beschouwen en kennis maken met hun chemische eigenschappen, waarvan het gebruik van basen in de industrie en het dagelijks leven afhangt.
Fysieke eigenschappen
Alle basen gevormd door actieve of typische metalen zijn vaste stoffen met een breed scala aan smeltpunten. Met betrekking tot water hebben zezijn verdeeld in zeer oplosbaar - alkali en onoplosbaar in water. Bijvoorbeeld, basische hydroxiden die groep IA-elementen als kationen bevatten, lossen gemakkelijk op in water en zijn sterke elektrolyten. Ze voelen zeepachtig aan, tasten de stof en de huid aan en worden alkaliën genoemd. Wanneer ze in oplossing dissociëren, worden OH--ionen gedetecteerd, die worden bepaald met behulp van indicatoren. Kleurloos fenolftaleïne wordt bijvoorbeeld karmozijnrood in een alkalisch medium. Zowel oplossingen als smelten van natrium-, kalium-, barium- en calciumhydroxiden zijn elektrolyten; geleiden elektriciteit en worden beschouwd als geleiders van de tweede soort. Oplosbare basen, die het meest worden gebruikt in de industrie, omvatten ongeveer 11 verbindingen, zoals basische hydroxiden van natrium, kalium, ammonium, enz.
De structuur van het basismolecuul
Er wordt een ionische binding gevormd tussen een metaalkation en anionen van hydroxylgroepen in een stofmolecuul. Het is sterk genoeg voor in water onoplosbare hydroxiden, dus polaire watermoleculen zijn niet in staat om het kristalrooster van een dergelijke verbinding te vernietigen. Alkaliën zijn stabiele stoffen en vormen bij verhitting praktisch geen oxide en water. Zo koken de basische hydroxiden van kalium en natrium bij temperaturen boven 1000 ° C, terwijl ze niet ontleden. In de grafische formules van alle basen is duidelijk te zien dat het zuurstofatoom van de hydroxylgroep door één covalente binding is gebonden aan het metaalatoom en de andere aan het waterstofatoom. De structuur van het molecuul en het type chemische binding bepalen niet alleen de fysische, maar ook deen alle chemische eigenschappen van stoffen. Laten we er dieper op ingaan.
Calcium en magnesium en kenmerken van de eigenschappen van hun verbindingen
Beide elementen zijn typische vertegenwoordigers van actieve metalen en kunnen interageren met zuurstof en water. Het product van de eerste reactie is een basisch oxide. Het hydroxide wordt gevormd door een exotherm proces waarbij veel warmte vrijkomt. Calcium- en magnesiumbases zijn slecht oplosbare witte poederachtige stoffen. De volgende namen worden vaak gebruikt voor calciumverbindingen: kalkmelk (als het een suspensie in water is) en kalkwater. Omdat het een typisch basisch hydroxide is, gaat Ca(OH)2 een interactie aan met zure en amfotere oxiden, zuren en amfotere basen, zoals aluminium- en zinkhydroxiden. In tegenstelling tot typische hittebestendige alkaliën, ontleden magnesium- en calciumverbindingen onder invloed van temperatuur in oxide en water. Beide basen, in het bijzonder Ca(OH)2, worden veel gebruikt in de industrie, de landbouw en in het huishouden. Laten we hun toepassing verder bekijken.
Toepassingsgebieden van calcium- en magnesiumverbindingen
Het is algemeen bekend dat bij de bouw gebruik wordt gemaakt van een chemisch materiaal dat pluis of gebluste kalk wordt genoemd. Het is een calciumbasis. Meestal wordt het verkregen door de reactie van water met basisch calciumoxide. Door de chemische eigenschappen van basische hydroxiden kunnen ze op grote schaal worden gebruikt in verschillende takken van de nationale economie. Bijvoorbeeld om onzuiverheden in de productie te reinigenruwe suiker, om bleekmiddel te verkrijgen, bij het bleken van katoen en linnen garen. Vóór de uitvinding van ionenwisselaars werden kationenwisselaars, calcium- en magnesiumbases gebruikt in wateronthardingstechnologieën, waardoor het mogelijk werd om koolwaterstoffen te verwijderen die de kwaliteit ervan aantasten. Om dit te doen, werd water gekookt met een kleine hoeveelheid natriumcarbonaat of gebluste kalk. Een waterige suspensie van magnesiumhydroxide kan worden gebruikt als remedie voor patiënten met gastritis om de zuurgraad van maagsap te verminderen.
Eigenschappen van basische oxiden en hydroxiden
De belangrijkste voor stoffen van deze groep zijn reacties met zuuroxiden, zuren, amfotere basen en zouten. Interessant is dat onoplosbare basen zoals koper-, ijzer- of nikkelhydroxiden niet kunnen worden verkregen door directe reactie van het oxide met water. In dit geval gebruikt het laboratorium de reactie tussen het overeenkomstige zout en alkali. Hierdoor worden basen gevormd die neerslaan. Zo ontstaat bijvoorbeeld een blauw neerslag van koperhydroxide, een groen neerslag van een ijzerhoudende base. Vervolgens worden ze verdampt tot vaste poederachtige stoffen die verwant zijn aan in water onoplosbare hydroxiden. Een onderscheidend kenmerk van deze verbindingen is dat ze onder invloed van hoge temperaturen uiteenvallen in het overeenkomstige oxide en water, wat niet gezegd kan worden van alkaliën. In water oplosbare basen zijn immers thermisch stabiel.
Elektrolyse Vermogen
We gaan verder met het bestuderen van de basiseigenschappen van hydroxiden, en laten we stilstaan bij nog een kenmerk waarmee men de basen van alkali- en aardalkalimetalen kan onderscheiden van in water onoplosbare verbindingen. Dit is de onmogelijkheid van deze laatste om onder invloed van een elektrische stroom in ionen te dissociëren. Integendeel, smelten en oplossingen van kalium-, natrium-, barium- en strontiumhydroxiden worden gemakkelijk onderworpen aan elektrolyse en zijn geleiders van de tweede soort.
Verkrijg terrein
Over de eigenschappen van deze klasse van anorganische stoffen gesproken, we hebben de chemische reacties die ten grondslag liggen aan hun productie in laboratorium- en industriële omstandigheden gedeeltelijk opgesomd. De meest toegankelijke en kosteneffectieve methode kan worden beschouwd als de thermische ontleding van natuurlijke kalksteen, waardoor ongebluste kalk wordt verkregen. Als je een reactie uitvoert met water, dan vormt het een basisch hydroxide - Ca (OH) 2. Een mengsel van deze stof met zand en water wordt mortel genoemd. Het wordt nog steeds gebruikt voor het pleisteren van muren, voor het verlijmen van bakstenen en in andere soorten bouwwerkzaamheden. Alkaliën kunnen ook worden verkregen door de overeenkomstige oxiden te laten reageren met water. Bijvoorbeeld: K2O + H2O=2KON. Het proces is exotherm waarbij een grote hoeveelheid warmte vrijkomt.
Interactie van alkaliën met zure en amfotere oxiden
De karakteristieke chemische eigenschappen van in water oplosbare basen omvatten hun vermogen om zouten te vormen in reacties met oxiden die niet-metaalatomen in moleculen bevatten,bijvoorbeeld zoals kooldioxide, zwaveldioxide of siliciumoxide. In het bijzonder wordt calciumhydroxide gebruikt om gassen te drogen en natrium- en kaliumhydroxide om de overeenkomstige carbonaten te verkrijgen. Oxiden van zink en aluminium, verwant aan amfotere stoffen, kunnen interageren met zowel zuren als logen. In het laatste geval kunnen complexe verbindingen worden gevormd, zoals natriumhydroxozinkaat.
Neutralisatiereactie
Een van de belangrijkste eigenschappen van basen, zowel onoplosbaar in water als alkaliën, is hun vermogen om te reageren met anorganische of organische zuren. Deze reactie wordt gereduceerd tot de interactie tussen twee soorten ionen: waterstof- en hydroxylgroepen. Het leidt tot de vorming van watermoleculen: HCI + KOH=KCI + H2O. Vanuit het oogpunt van de theorie van elektrolytische dissociatie, wordt de hele reactie gereduceerd tot de vorming van een zwakke, enigszins gedissocieerde elektrolyt - water.
In het bovenstaande voorbeeld werd een gemiddeld zout gevormd - kaliumchloride. Als basische hydroxiden voor de reactie worden gebruikt in een hoeveelheid die kleiner is dan nodig is voor de volledige neutralisatie van het meerbasische zuur, dan worden bij verdamping van het resulterende product kristallen van het zure zout gevonden. De neutralisatiereactie speelt een belangrijke rol in de metabolische processen die plaatsvinden in levende systemen - cellen en stelt hen in staat, met behulp van hun eigen buffercomplexen, de overtollige hoeveelheid waterstofionen die zich ophopen in dissimilatiereacties te neutraliseren.
