Pagrindinės neorganinių medžiagų klasės, be oksidų, rūgščių ir druskų, apima grupę junginių, vadinamų bazėmis arba hidroksidais. Visi jie turi vieną molekulinės struktūros planą: juose būtinai yra viena ar daugiau hidroksilo grupių, sujungtų su metalo jonu. Pagrindiniai hidroksidai yra genetiškai susiję su metalų oksidais ir druskomis, o tai lemia ne tik jų chemines savybes, bet ir gavimo būdus laboratorijoje bei pramonėje.
Yra keletas bazių klasifikavimo formų, kurios pagrįstos ir metalo, kuris yra molekulės dalis, charakteristikomis, ir medžiagos gebėjimu ištirpti vandenyje. Savo straipsnyje mes apsvarstysime šias hidroksidų savybes, taip pat susipažinsime su jų cheminėmis savybėmis, nuo kurių priklauso bazių naudojimas pramonėje ir kasdieniame gyvenime.
Fizikinės savybės
Visos bazės, sudarytos iš aktyvių arba tipiškų metalų, yra kietos medžiagos, kurių lydymosi temperatūra yra plati. Kalbant apie vandenį, jieskirstomi į labai tirpius – šarminius ir vandenyje netirpius. Pavyzdžiui, baziniai hidroksidai, kurių sudėtyje yra IA grupės elementų kaip katijonai, lengvai ištirpsta vandenyje ir yra stiprūs elektrolitai. Liečiant jie yra muiluoti, ėsdina audinį, odą ir vadinami šarmais. Jiems disocijuojant tirpale, aptinkami OH- jonai, kurie nustatomi naudojant indikatorius. Pavyzdžiui, bespalvis fenolftaleinas šarminėje terpėje tampa tamsiai raudonas. Natrio, kalio, bario ir kalcio hidroksidų tirpalai ir lydalai yra elektrolitai; praleidžia elektrą ir yra laikomi antros rūšies laidininkais. Tirpios bazės, dažniausiai naudojamos pramonėje, apima apie 11 junginių, tokių kaip baziniai natrio, kalio, amonio hidroksidai ir kt.
Pagrindinės molekulės struktūra
Joninė jungtis susidaro tarp metalo katijono ir hidroksilo grupių anijonų medžiagos molekulėje. Jis pakankamai stiprus vandenyje netirpiam hidroksidui, todėl polinės vandens molekulės nepajėgia sunaikinti tokio junginio kristalinės gardelės. Šarmai yra stabilios medžiagos ir kaitinant praktiškai nesudaro oksido ir vandens. Taigi baziniai kalio ir natrio hidroksidai verda aukštesnėje nei 1000 ° C temperatūroje, o neskyla. Visų bazių grafinėse formulėse aiškiai matyti, kad hidroksilo grupės deguonies atomas viena kovalentine jungtimi yra sujungta su metalo atomu, o kita – su vandenilio atomu. Molekulės sandara ir cheminio ryšio tipas lemia ne tik fizinį, betir visas chemines medžiagų charakteristikas. Pakalbėkime apie juos išsamiau.
Kalcis ir magnis bei jų junginių savybių ypatybės
Abu elementai yra tipiški aktyvių metalų atstovai ir gali sąveikauti su deguonimi ir vandeniu. Pirmosios reakcijos produktas yra bazinis oksidas. Hidroksidas susidaro dėl egzoterminio proceso, išskiriančio daug šilumos. Kalcio ir magnio bazės yra mažai tirpios b altos miltelių pavidalo medžiagos. Kalcio junginiams dažnai naudojami šie pavadinimai: kalkių pienas (jei tai suspensija vandenyje) ir kalkių vanduo. Būdamas tipiškas bazinis hidroksidas, Ca(OH)2 sąveikauja su rūgštiniais ir amfoteriniais oksidais, rūgštimis ir amfoterinėmis bazėmis, tokiomis kaip aliuminio ir cinko hidroksidai. Skirtingai nuo įprastų karščiui atsparių šarmų, magnio ir kalcio junginiai veikiami temperatūros skyla į oksidą ir vandenį. Abi bazės, ypač Ca(OH)2, plačiai naudojamos pramonėje, žemės ūkyje ir buityje. Apsvarstykime jų taikymą toliau.
Kalcio ir magnio junginių taikymo sritys
Gerai žinoma, kad statybose naudojamos cheminės medžiagos, vadinamos pūkais arba gesintomis kalkėmis. Tai kalcio bazė. Dažniausiai jis gaunamas reaguojant vandeniui su baziniu kalcio oksidu. Bazinių hidroksidų cheminės savybės leidžia juos plačiai naudoti įvairiose šalies ūkio šakose. Pavyzdžiui, valyti priemaišas gamyboježaliavinis cukrus, norint gauti baliklį, balinant medvilnės ir lino verpalus. Iki jonų keitiklių – katijonų keitiklių išradimo vandens minkštinimo technologijose buvo naudojamos kalcio ir magnio bazės, kurios leido atsikratyti jo kokybę bloginančių angliavandenilių. Tam vanduo buvo virinamas su nedideliu kiekiu sodos pelenų arba gesintų kalkių. Vandeninė magnio hidroksido suspensija gali būti naudojama kaip priemonė pacientams, sergantiems gastritu, siekiant sumažinti skrandžio sulčių rūgštingumą.
Bazinių oksidų ir hidroksidų savybės
Svarbiausios šios grupės medžiagoms yra reakcijos su rūgščių oksidais, rūgštimis, amfoterinėmis bazėmis ir druskomis. Įdomu tai, kad netirpių bazių, tokių kaip varis, geležis arba nikelio hidroksidai, negalima gauti tiesiogiai oksidui reaguojant su vandeniu. Šiuo atveju laboratorija naudoja atitinkamos druskos ir šarmo reakciją. Dėl to susidaro bazės, kurios nusėda. Pavyzdžiui, taip gaunamos mėlynos vario hidroksido nuosėdos, žalios geležies bazės nuosėdos. Vėliau jie išgarinami iki kietų miltelių pavidalo medžiagų, susijusių su vandenyje netirpiais hidroksidais. Išskirtinis šių junginių bruožas yra tas, kad, veikiant aukštai temperatūrai, jie suyra į atitinkamą oksidą ir vandenį, ko negalima pasakyti apie šarmus. Juk vandenyje tirpios bazės yra termiškai stabilios.
Elektrolizės gebėjimas
Tęsdami pagrindinių hidroksidų savybių tyrimą, apsistokime ties dar viena savybe, pagal kurią galima atskirti šarminių ir šarminių žemės metalų bazes nuo vandenyje netirpių junginių. Tai yra pastarųjų negalimumas, veikiant elektros srovei, išsiskirti į jonus. Priešingai, kalio, natrio, bario ir stroncio hidroksidų lydalai ir tirpalai lengvai elektrolizuojami ir yra antrosios rūšies laidininkai.
Pagrindų gavimas
Kalbėdami apie šios klasės neorganinių medžiagų savybes, iš dalies išvardijome chemines reakcijas, kurios yra jų gamybos laboratorinėmis ir pramoninėmis sąlygomis pagrindas. Prieinamiausiu ir ekonomiškiausiu būdu galima laikyti natūralaus kalkakmenio terminį skaidymą, dėl kurio gaunamos negesintos kalkės. Jei atliekate reakciją su vandeniu, susidaro bazinis hidroksidas - Ca (OH) 2. Šios medžiagos mišinys su smėliu ir vandeniu vadinamas skiediniu. Jis ir toliau naudojamas sienų tinkavimui, plytų klijavimui ir kitiems statybos darbams. Taip pat šarmų galima gauti atitinkamai oksidams reaguojant su vandeniu. Pavyzdžiui: K2O + H2O=2KON. Procesas yra egzoterminis, išsiskiriantis daug šilumos.
Šarmų sąveika su rūgštiniais ir amfoteriniais oksidais
Būdingos vandenyje tirpių bazių cheminės savybės apima jų gebėjimą sudaryti druskas reakcijose su oksidais, kurių molekulėse yra nemetalų atomų,pavyzdžiui, anglies dioksidas, sieros dioksidas arba silicio oksidas. Visų pirma, kalcio hidroksidas naudojamas dujoms džiovinti, o natrio ir kalio hidroksidai – atitinkamiems karbonatams gauti. Cinko ir aliuminio oksidai, susiję su amfoterinėmis medžiagomis, gali sąveikauti tiek su rūgštimis, tiek su šarmais. Pastaruoju atveju gali susidaryti sudėtingi junginiai, tokie kaip natrio hidroksocinkatas.
Neutralizacijos reakcija
Viena iš svarbiausių bazių, netirpių vandenyje ir šarmuose, savybių yra jų gebėjimas reaguoti su neorganinėmis arba organinėmis rūgštimis. Ši reakcija redukuojama iki sąveikos tarp dviejų tipų jonų: vandenilio ir hidroksilo grupių. Tai veda prie vandens molekulių susidarymo: HCI + KOH=KCI + H2O. Elektrolitinės disociacijos teorijos požiūriu visa reakcija redukuojama iki silpno, šiek tiek disocijuoto elektrolito – vandens susidarymo.
Aukščiau pateiktame pavyzdyje susidarė vidutinė druska – kalio chloridas. Jei reakcijai šarminių hidroksidų imamas mažesnis nei būtinas visiškam daugiabazės rūgšties neutralizavimui, tada gautam produktui išgaravus randama rūgšties druskos kristalų. Neutralizacijos reakcija vaidina svarbų vaidmenį medžiagų apykaitos procesuose, vykstančiuose gyvose sistemose – ląstelėse ir leidžia joms savo buferinių kompleksų pagalba neutralizuoti perteklinį vandenilio jonų kiekį, susikaupusį disimiliacijos reakcijose.
