Daugelis aktyvių metalų oksidų, tokių kaip kalio, natrio arba ličio oksidai, gali sąveikauti su vandeniu. Šiuo atveju reakcijos produktuose randami junginiai, susiję su hidroksidais. Šių medžiagų savybės, cheminių procesų, kuriuose dalyvauja bazės, eigos ypatumai atsiranda dėl to, kad jų molekulėse yra hidroksilo grupės. Taigi elektrolitinės disociacijos reakcijose bazės skyla į metalų jonus ir anijonus OH-. Kaip bazės sąveikauja su nemetalų oksidais, rūgštimis ir druskomis, aptarsime savo straipsnyje.
Molekulės nomenklatūra ir struktūra
Norėdami teisingai pavadinti pagrindą, prie metalinio elemento pavadinimo turite pridėti žodį hidroksidas. Pateiksime konkrečius pavyzdžius. Aliuminio pagrindas priklauso amfoteriniams hidroksidams, kurių savybes mes apsvarstysime straipsnyje. Privalomas hidroksilo grupės, susietos su metalo katijonu jonine jungtimi, buvimas bazinėse molekulėse gali būti nustatytas naudojantrodiklius, tokius kaip fenolftaleinas. Vandens aplinkoje OH- jonų perteklius nustatomas pasikeitus indikatoriaus tirpalo spalvai: bespalvis fenolftaleinas tampa tamsiai raudonas. Jei metalas turi keletą valentingumo, jis gali sudaryti kelias bazes. Pavyzdžiui, geležis turi dvi bazes, kuriose metalo valentingumas yra 2 arba 3. Pirmajam junginiui būdingi bazinių hidroksidų požymiai, antrajam – amfoterinis. Todėl aukštesnių hidroksidų savybės skiriasi nuo junginių, kuriuose metalas turi mažesnį valentingumo laipsnį.
Fizinės savybės
Pagrindai yra kietos medžiagos, atsparios karščiui. Vandens atžvilgiu jie skirstomi į tirpius (šarminius) ir netirpius. Pirmąją grupę sudaro chemiškai aktyvūs metalai – pirmosios ir antrosios grupės elementai. Vandenyje netirpios medžiagos susideda iš kitų metalų atomų, kurių aktyvumas yra prastesnis nei natrio, kalio ar kalcio. Tokių junginių pavyzdžiai yra geležies arba vario bazės. Hidroksidų savybės priklausys nuo to, kuriai medžiagų grupei jie priklauso. Taigi šarmai yra termiškai stabilūs ir kaitinant nesuyra, o vandenyje netirpios bazės sunaikinamos veikiant aukštai temperatūrai, sudarydamos oksidą ir vandenį. Pavyzdžiui, vario pagrindas skyla taip:
Cu(OH)2=CuO + H2O
Cheminės hidroksidų savybės
Sąveika tarp dviejų svarbiausių junginių grupių -rūgštys ir bazės chemijoje vadinamos neutralizacijos reakcijomis. Tokį pavadinimą galima paaiškinti tuo, kad chemiškai agresyvūs hidroksidai ir rūgštys sudaro neutralius produktus – druskas ir vandenį. Neutralizacija, iš tikrųjų yra dviejų sudėtingų medžiagų mainų procesas, būdinga tiek šarmams, tiek vandenyje netirpioms bazėms. Čia yra kaustinės kalio rūgšties ir druskos rūgšties neutralizavimo reakcijos lygtis:
KOH + HCl=KCl + H2O
Svarbi šarminių metalų bazių savybė yra jų gebėjimas reaguoti su rūgštiniais oksidais, todėl susidaro druska ir vanduo. Pavyzdžiui, leisdami anglies dioksidą per natrio hidroksidą, galite gauti jo karbonatą ir vandenį:
2NaOH + CO2=Na2CO3 + H 2O
Jonų mainų reakcijos apima šarmų ir druskų sąveiką, dėl kurios susidaro netirpūs hidroksidai arba druskos. Taigi, į vario sulfato tirpalą įlašinę kaustinės sodos tirpalą, galite gauti mėlynas, želė primenančias nuosėdas. Tai vario pagrindas, netirpus vandenyje:
CuSO4 + 2NaOH=Cu(OH)2 + Na2 SO 4
Vandenyje netirpių hidroksidų cheminės savybės skiriasi nuo šarmų tuo, kad šiek tiek kaitinant jie netenka vandens – dehidratuojasi ir virsta atitinkamo bazinio oksido pavidalu.
Aikštelės, kuriose eksponuojamos dvigubos savybės
Jei elementas arba sudėtinga medžiaga gali reaguoti ir su rūgštimis, ir su šarmais, ji vadinama amfoterine. Tai apima, pavyzdžiui, cinką,aliuminio ir jų pagrindų. Amfoterinių hidroksidų savybės leidžia parašyti jų molekulines formules tiek bazių pavidalu, išskiriant hidrokso grupę, tiek rūgščių pavidalu. Pateikiame kelias aliuminio bazės reakcijų su druskos rūgštimi ir natrio hidroksidu lygtis. Jie iliustruoja ypatingas amfoterinių hidroksidų savybes. Antroji reakcija vyksta irstant šarmams:
2Al(OH)3 + 6HCl=2AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH=NaAlO2 + 2H2O
Procesų produktai bus vanduo ir druskos: aliuminio chloridas ir natrio aliuminatas. Visos amfoterinės bazės netirpsta vandenyje. Jie išgaunami dėl atitinkamų druskų ir šarmų sąveikos.
Gavimo ir taikymo būdai
Pramonėje, kuriai reikalingi dideli šarmų kiekiai, jie gaunami elektrolizuojant druskas, kuriose yra pirmosios ir antrosios periodinės sistemos grupių aktyvių metalų katijonų. Ekstrahavimo žaliava, pavyzdžiui, kaustinis natris, yra valgomosios druskos tirpalas. Reakcijos lygtis bus tokia:
2NaCl + 2H2O=2NaOH + H2 + Cl2
Laboratorijoje mažai aktyvių metalų bazės gaunamos šarmams sąveikaujant su jų druskomis. Reakcija priklauso jonų mainų tipui ir baigiasi bazės nusodinimu. Paprastas šarmų gavimo būdas yra aktyvaus metalo ir vandens pakeitimo reakcija. Jį lydi reaguojančio mišinio kaitinimas ir jis yra egzoterminio tipo.
Hidroksidų savybės naudojamos pramonėje. Šarmams čia tenka ypatingas vaidmuo. Jie naudojami kaip žibalo ir benzino valytuvai, muilui gaminti, natūraliai odai apdirbti, taip pat viskozės ir popieriaus gamybos technologijose.
