Zuurhydroxiden zijn anorganische verbindingen van de hydroxylgroep –OH en een metaal of niet-metaal met een oxidatietoestand van +5, +6. Een andere naam is zuurstofhoudende anorganische zuren. Hun kenmerk is de eliminatie van een proton tijdens dissociatie.
Classificatie van hydroxiden
Hydroxiden worden ook wel hydroxiden en vodoxiden genoemd. Bijna alle chemische elementen hebben ze, sommige zijn wijdverspreid in de natuur, de mineralen hydrargilliet en bruciet zijn bijvoorbeeld respectievelijk aluminium- en magnesiumhydroxide.
De volgende soorten hydroxiden worden onderscheiden:
- basis;
- amfoteer;
- zuur.
De classificatie is gebaseerd op de vraag of het oxide dat het hydroxide vormt basisch, zuur of amfoteer is.
Algemene eigenschappen
Het meest interessant zijn de zuur-base-eigenschappen van oxiden en hydroxiden, aangezien de mogelijkheid van reacties ervan afhangt. Of het hydroxide zure, basische of amfotere eigenschappen zal vertonen, hangt af van de sterkte van de binding tussen zuurstof, waterstof en het element.
Ionensterkte wordt beïnvloedpotentieel, met een toename waarbij de basiseigenschappen van hydroxiden verzwakken en de zure eigenschappen van hydroxiden toenemen.
Hogere hydroxiden
Hogere hydroxiden zijn verbindingen waarin het vormende element zich in de hoogste oxidatietoestand bevindt. Deze zijn van alle soorten in de klas. Een voorbeeld van een base is magnesiumhydroxide. Aluminiumhydroxide is amfoteer, terwijl perchloorzuur kan worden geclassificeerd als een zuur hydroxide.
Verandering in de kenmerken van deze stoffen, afhankelijk van het vormende element, kan worden getraceerd volgens het periodieke systeem van D. I. Mendelejev. De zure eigenschappen van hogere hydroxiden nemen van links naar rechts toe, terwijl de metallische eigenschappen respectievelijk in deze richting verzwakken.
Basishydroxiden
In enge zin wordt dit type een base genoemd, omdat het OH-anion tijdens zijn dissociatie wordt afgesplitst. De bekendste van deze verbindingen zijn alkaliën, bijvoorbeeld:
- Gebluste kalk Ca(OH)2 gebruikt in het witwassen van kamers, het looien van leer, het bereiden van antischimmelvloeistoffen, mortels en beton, het ontharden van water, het produceren van suiker, bleekmiddel en kunstmest, het bijten van natrium- en kaliumcarbonaten, neutralisatie van zure oplossingen, detectie van kooldioxide, desinfectie, vermindering van bodemweerstand, als voedseladditief.
- KOH bijtende potas gebruikt in fotografie, olieraffinage, voedsel, papier en metallurgische industrieën, evenals een alkalische batterij, zuurneutralisator, katalysator, gaszuiveraar, pH-regelaar, elektrolyt,bestanddeel van wasmiddelen, boorvloeistoffen, kleurstoffen, meststoffen, organische en anorganische kaliumverbindingen, pesticiden, farmaceutische preparaten voor de behandeling van wratten, zepen, synthetisch rubber.
- Bijtende soda NaOH, nodig voor de pulp- en papierindustrie, verzeping van vetten bij de productie van wasmiddelen, zuurneutralisatie, biodieselproductie, oplossen van verstoppingen, ontgassen van giftige stoffen, katoen- en wolverwerking, wassen van mallen, voedselproductie, cosmetologie, fotografie.
Basishydroxiden worden gevormd als gevolg van interactie met water van de overeenkomstige metaaloxiden, in de overgrote meerderheid van de gevallen met een oxidatietoestand van +1 of +2. Deze omvatten alkalische, aardalkali- en overgangselementen.
Bovendien kunnen basen op de volgende manieren worden verkregen:
- interactie van alkali met een zout van een laagactief metaal;
- reactie tussen een alkali- of aardalkali-element en water;
- door elektrolyse van een waterige zoutoplossing.
Zure en basische hydroxiden interageren met elkaar om zout en water te vormen. Deze reactie wordt neutralisatie genoemd en is van groot belang voor titrimetrische analyse. Bovendien wordt het in het dagelijks leven gebruikt. Wanneer zuur wordt gemorst, kan een gevaarlijk reagens worden geneutraliseerd met soda en wordt azijn gebruikt voor alkali.
Bovendien verschuiven basische hydroxiden het ionische evenwicht tijdens dissociatie in oplossing, wat tot uiting komt in een verandering in de kleuren van de indicatoren, en treden uitwisselingsreacties op.
Bij verhitting ontleden onoplosbare verbindingen in oxide en water, en alkaliën smelten. Een basisch hydroxide en een zuur oxide vormen een zout.
Amfotere hydroxiden
Sommige elementen vertonen, afhankelijk van de omstandigheden, basische of zure eigenschappen. Hydroxiden op basis daarvan worden amfoteer genoemd. Ze zijn gemakkelijk te herkennen aan het metaal in de samenstelling, dat een oxidatietoestand van +3, +4 heeft. Bijvoorbeeld een witte gelatineuze substantie - aluminiumhydroxide Al(OH)3, gebruikt in waterzuivering vanwege zijn hoge adsorberende vermogen, bij de vervaardiging van vaccins als een stof die de immuunrespons verbetert, in de geneeskunde voor de behandeling van zuurafhankelijke ziekten van het maagdarmkanaal. Het wordt ook vaak verwerkt in vlamvertragende kunststoffen en fungeert als drager voor katalysatoren.
Maar er zijn uitzonderingen wanneer de waarde van de oxidatietoestand van het element +2 is. Dit is typisch voor beryllium, tin, lood en zink. Hydroxide van het laatste metaal Zn(OH)2 wordt veel gebruikt in de chemische industrie, voornamelijk voor de synthese van verschillende verbindingen.
Je kunt amfoteer hydroxide krijgen door een oplossing van een overgangsmetaalzout te laten reageren met verdunde alkali.
Amfoteer hydroxide en zuuroxide, alkali of zuur vormen een zout bij interactie. Het verhitten van hydroxide leidt tot de ontleding ervan in water en metahydroxide, dat bij verdere verwarming wordt omgezet in oxide.
Amfoteer enzure hydroxiden gedragen zich op dezelfde manier in een alkalisch milieu. Bij interactie met zuren werken amfotere hydroxiden als basen.
Zuurhydroxiden
Dit type wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van een element in de oxidatietoestand van +4 tot +7. In oplossing kunnen ze een waterstofkation doneren of een elektronenpaar accepteren en een covalente binding vormen. Meestal hebben ze een aggregatietoestand van een vloeistof, maar er zijn ook vaste stoffen.
Vormt een hydroxide zuur oxide dat in staat is tot zoutvorming en dat een niet-metaal of overgangsmetaal bevat. Het oxide wordt verkregen door de oxidatie van een niet-metaal, de ontleding van een zuur of een zout.
De zure eigenschappen van hydroxiden komen tot uiting in hun vermogen om indicatoren te kleuren, actieve metalen op te lossen met waterstofontwikkeling, te reageren met basen en basische oxiden. Hun onderscheidende kenmerk is deelname aan redoxreacties. Tijdens het chemische proces hechten ze negatief geladen elementaire deeltjes aan zichzelf. Het vermogen om als elektronenacceptor op te treden wordt verzwakt door verdunning en omzetting in zouten.
Zo is het mogelijk om niet alleen de zuur-base-eigenschappen van hydroxiden te onderscheiden, maar ook de oxiderende.
Salpeterzuur
HNO3 wordt beschouwd als een sterk monobasisch zuur. Het is zeer giftig, laat zweren op de huid achter met gele verkleuring van het omhulsel en de dampen irriteren onmiddellijk het ademhalingsslijmvlies. De oude naam is sterke wodka. Het verwijst naar zuurhydroxiden, in waterige oplossingenv alt volledig uiteen in ionen. Uiterlijk ziet het eruit als een kleurloze vloeistof die in de lucht rookt. Een geconcentreerde waterige oplossing wordt beschouwd als 60 - 70% van de stof, en als het geh alte hoger is dan 95%, wordt het rokend salpeterzuur genoemd.
Hoe hoger de concentratie, hoe donkerder de vloeistof lijkt. Het kan zelfs een bruine kleur hebben als gevolg van ontleding in oxide, zuurstof en water in het licht of bij lichte verwarming, dus het moet worden bewaard in een donkere glazen container op een koele plaats.
De chemische eigenschappen van zuurhydroxide zijn zodanig dat het alleen onder verminderde druk kan worden gedestilleerd zonder ontleding. Alle metalen reageren ermee behalve goud, sommige vertegenwoordigers van de platinagroep en tantaal, maar het eindproduct hangt af van de concentratie van het zuur.
Een stof van 60% geeft bijvoorbeeld bij interactie met zink stikstofdioxide als het overheersende bijproduct, 30% - monoxide, 20% - distikstofoxide (lachgas). Nog lagere concentraties van 10% en 3% geven een eenvoudige stof stikstof in de vorm van respectievelijk gas en ammoniumnitraat. Zo kunnen uit het zuur verschillende nitroverbindingen worden gewonnen. Zoals uit het voorbeeld blijkt, hoe lager de concentratie, hoe dieper de stikstofreductie. De activiteit van het metaal heeft hier ook invloed op.
Een stof kan alleen goud of platina oplossen in de samenstelling van koningswater - een mengsel van drie delen zoutzuur en één salpeterzuur. Glas en PTFE zijn er resistent tegen.
Naast metalen reageert de stof metbasische en amfotere oxiden, basen, zwakke zuren. In alle gevallen is het resultaat zouten, met niet-metalen - zuren. Niet alle reacties vinden veilig plaats, bijvoorbeeld amines en terpentijn ontbranden spontaan bij contact met hydroxide in geconcentreerde toestand.
Zouten worden nitraten genoemd. Bij verhitting ontleden ze of vertonen ze oxiderende eigenschappen. In de praktijk worden ze gebruikt als meststof. Ze komen praktisch niet voor in de natuur vanwege de hoge oplosbaarheid, daarom worden alle zouten behalve kalium en natrium kunstmatig verkregen.
Het zuur zelf wordt verkregen uit gesynthetiseerde ammoniak en, indien nodig, op verschillende manieren geconcentreerd:
- balans verschuiven door druk te verhogen;
- door verhitting in aanwezigheid van zwavelzuur;
- destillatie.
Verder wordt het gebruikt bij de productie van minerale meststoffen, kleurstoffen en medicijnen, de militaire industrie, ezelafbeeldingen, sieraden, organische synthese. Af en toe wordt verdund zuur gebruikt in fotografie om kleuroplossingen aan te zuren.
Zwavelzuur
Н2SO4 is een sterk dibasisch zuur. Het ziet eruit als een kleurloze zware olieachtige vloeistof, geurloos. De verouderde naam is vitriol (waterige oplossing) of vitrioololie (een mengsel met zwaveldioxide). Deze naam werd gegeven vanwege het feit dat in het begin van de 19e eeuw zwavel werd geproduceerd in vitrioolfabrieken. Als eerbetoon aan de traditie worden sulfaathydraten tot op de dag van vandaag nog steeds vitriool genoemd.
De productie van zuur vindt plaats op industriële schaal enis ongeveer 200 miljoen ton per jaar. Het wordt verkregen door zwaveldioxide te oxideren met zuurstof of stikstofdioxide in aanwezigheid van water, of door waterstofsulfide te laten reageren met koper, zilver, lood of kwiksulfaat. De resulterende geconcentreerde stof is een sterk oxidatiemiddel: het verdringt halogenen van de overeenkomstige zuren, zet koolstof en zwavel om in zure oxiden. Het hydroxide wordt vervolgens gereduceerd tot zwaveldioxide, waterstofsulfide of zwavel. Een verdund zuur vertoont gewoonlijk geen oxiderende eigenschappen en vormt medium en zure zouten of esters.
De stof kan worden gedetecteerd en geïdentificeerd door reactie met oplosbare bariumzouten, waardoor een wit neerslag van sulfaat neerslaat.
Het zuur wordt verder gebruikt bij de verwerking van ertsen, de productie van minerale meststoffen, chemische vezels, kleurstoffen, rook en explosieven, verschillende industrieën, organische synthese, als elektrolyt, om minerale zouten te verkrijgen.
Maar het gebruik is beladen met bepaalde gevaren. Bijtende stof veroorzaakt chemische brandwonden bij contact met de huid of slijmvliezen. Bij inademing verschijnt eerst een hoest en vervolgens - ontstekingsziekten van het strottenhoofd, de luchtpijp en de bronchiën. Het overschrijden van de maximaal toegestane concentratie van 1 mg per kubieke meter is dodelijk.
Je kunt zwavelzuurdampen niet alleen tegenkomen in gespecialiseerde industrieën, maar ook in de atmosfeer van de stad. Dit gebeurt wanneer chemische en metallurgischeondernemingen stoten zwaveloxiden uit, die vervolgens vallen als zure regen.
Al deze gevaren hebben ertoe geleid dat de circulatie van zwavelzuur met een concentratie van meer dan 45% massa in Rusland beperkt is.
Zwavelzuur
Н2SO3 - zwakker zuur dan zwavelzuur. De formule verschilt slechts één zuurstofatoom, maar dit maakt het onstabiel. Het is niet geïsoleerd in de vrije toestand; het bestaat alleen in verdunde waterige oplossingen. Ze zijn te herkennen aan een specifieke scherpe geur, die doet denken aan een verbrande lucifer. En om de aanwezigheid van een sulfietion te bevestigen - door reactie met kaliumpermanganaat, waardoor de roodviolette oplossing kleurloos wordt.
Een stof kan onder verschillende omstandigheden werken als een reductiemiddel en een oxidatiemiddel, en kan zure en middelzware zouten vormen. Het wordt gebruikt voor het bewaren van voedsel, het verkrijgen van cellulose uit hout en voor het delicaat bleken van wol, zijde en andere materialen.
Orthofosforzuur
H3PO4 is een zuur van gemiddelde sterkte dat eruitziet als kleurloze kristallen. Orthofosforzuur wordt ook wel een 85% oplossing van deze kristallen in water genoemd. Het verschijnt als een geurloze, stroperige vloeistof die vatbaar is voor onderkoeling. Bij verhitting boven 210 graden Celsius verandert het in pyrofosforzuur.
Fosforzuur lost goed op in water, neutraliseert met alkaliën en ammoniakhydraat, reageert met metalen,vormt polymeerverbindingen.
Je kunt de stof op verschillende manieren krijgen:
- oplossen van rode fosfor in water onder druk, bij een temperatuur van 700-900 graden, met behulp van platina, koper, titanium of zirkonium;
- kokende rode fosfor in geconcentreerd salpeterzuur;
- door heet geconcentreerd salpeterzuur toe te voegen aan fosfine;
- oxidatie van fosfinezuurstof bij 150 graden;
- tetrafosfordecaooxide blootstellen aan een temperatuur van 0 graden, daarna geleidelijk verhogen tot 20 graden en een soepele overgang naar koken (water is in alle stadia nodig);
- pentachloride of fosfortrichlorideoxide oplossen in water.
Gebruik van het resulterende product is breed. Met zijn hulp wordt de oppervlaktespanning verlaagd en worden oxiden verwijderd van oppervlakken die worden gesoldeerd, worden metalen roestvrij en ontstaat er een beschermende film op hun oppervlak die verdere corrosie voorkomt. Daarnaast wordt orthofosforzuur gebruikt in industriële vriezers en voor onderzoek in de moleculaire biologie.
De verbinding maakt ook deel uit van hydraulische vloeistoffen voor de luchtvaart, voedseladditieven en zuurteregelaars. Het wordt gebruikt in de veehouderij ter preventie van urolithiasis bij nertsen en in de tandheelkunde voor manipulaties voorafgaand aan het vullen.
Pyrofosforzuur
H4R2O7 - een zuur gekenmerkt als sterk in de eerste stadium en zwak in anderen. Ze smelt zonderontleding, aangezien dit proces verwarming in vacuüm of de aanwezigheid van sterke zuren vereist. Het wordt geneutraliseerd door alkaliën en reageert met waterstofperoxide. Verkrijg het op een van de volgende manieren:
- ontbinden van tetrafosfordecaoxide in water bij een temperatuur van nul en vervolgens verwarmen tot 20 graden;
- door fosforzuur te verhitten tot 150 graden;
- reactie van geconcentreerd fosforzuur met tetrafosfordecaoxide bij 80-100 graden.
Voornamelijk gebruikt voor de productie van kunstmest.
Naast deze zijn er nog vele andere vertegenwoordigers van zure hydroxiden. Elk van hen heeft zijn eigen kenmerken en kenmerken, maar over het algemeen liggen de zure eigenschappen van oxiden en hydroxiden in hun vermogen om waterstof af te splitsen, te ontleden en in wisselwerking te treden met alkaliën, zouten en metalen.
