2. ОСНОВАНИЯ

Основания – это сложные вещества, состоящие из атомов металлов и одной или нескольких гидроксогрупп (ОН -).

С точки зрения теории электролитической диссоциации это электролиты (вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток), диссоциирующие в водных растворах на катионы металлов и анионы только гидроксид - ионов ОН - .

Растворимые в воде основания называются щелочами. К ним относятся основания, которые образованы металлами 1-й группы главной подгруппы (LiOH , NaOH и другие) и щелочноземельными металлами (Са (ОН) 2 , Sr (ОН) 2 , Ва (ОН) 2). Основания, образованные металлами других групп периодической системы в воде практически не растворяются. Щелочи в воде диссоциируют полностью:

NaOH ® Na + + OH - .

Многокислотные основания в воде диссоциируют ступенчато:

Ba ( OH) 2 ® BaOH + + OH - ,

Ba ( OH) + Ba 2+ + OH - .

C тупенчатой диссоциацией оснований объясняется образование основных солей.

Номенклатура оснований.

Основания называются следующим образом: сначала произносят слово «гидроксид », а затем металл, который его образует. Если металл имеет переменную валентность, то она указывается в названии.

КОН – гидроксид калия;

Ca ( OH ) 2 – гидроксид кальция;

Fe ( OH ) 2 – гидроксид железа (II );

Fe ( OH ) 3 – гидроксид железа (III );

При составлении формул оснований исходят из того, что молекула электронейтральна . Гидроксид – ион всегда имеет заряд (–1). В молекуле основания их число определяется положительным зарядом катиона металла. Гидрокогруппа заключается в круглые скобки, а выравнивающий заряды индекс ставится справа внизу за скобками:

Ca +2 (OH ) – 2 , Fe 3+( OH ) 3 - .

по следующим признакам:

1. По кислотности (по числу групп ОН - в молекуле основания): однокислотные – NaOH , KOH , многокислотные – Ca (OH ) 2 , Al (OH ) 3 .

2. По растворимости: растворимые (щелочи) – LiOH , KOH , нерастворимые – Cu (OH ) 2 , Al (OH ) 3 .

3. По силе (по степени диссоциации):

а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH , LiOH , Ba (OH ) 2 , малорастворимый Ca (OH ) 2 .

б) слабые (α < 100 %) – все нерастворимые основания Cu (OH ) 2 , Fe (OH ) 3 и растворимое NH 4 OH .

4. По химическим свойствам: основные – Са (ОН) 2 , Na ОН; амфотерные – Zn (ОН) 2 , Al (ОН) 3 .

Основания

Это гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (и магния), а также металлов в минимальной степени окисления (если она имеет переменное значение).

Например: NaOH , LiOH , Mg ( OH ) 2 , Ca (OH ) 2 , Cr (OH ) 2 , Mn (OH ) 2 .

Получение

1. Взаимодействие активного металла с водой:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

Mg + 2 H 2 O Mg( OH ) 2 + H 2

2. Взаимодействие основных оксидов с водой (только для щелочных и щелочноземельных металлов):

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH,

CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 .

3. Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:

2NaCI + 4H 2 O 2NaOH + 2H 2 + CI 2

4. Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых оснований это единственный способ получения:

Na 2 SO 4 + Ba (OH) 2 → 2NaOH + BaSO 4

MgSO 4 + 2NaOH → Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4.

Физические свойства

Все основания являются твердыми веществами. В воде нерастворимы , кроме щелочей. Щелочи – это белые кристаллические вещества, мылкие на ощупь, вызывающие сильные ожоги при попадании на кожу. Поэтому они называются «едкими». При работе со щелочами необходимо соблюдать определенные правила и использовать индивидуальные средства защиты (очки, резиновые перчатки, пинцеты и др.).

Если щелочь попала на кожу необходимо промыть это место большим количеством воды до исчезновения мылкости, а затем нейтрализовать раствором борной кислоты.

Химические свойства

Химические свойства оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации обусловлены наличием в их растворах избытка свободных гидроксид –

ионов ОН - .

1. Изменение цвета индикаторов:

фенолфталеин – малиновый

лакмус – синий

метиловый оранжевый – желтый

2. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

2NaOH + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2H 2 O,

Растворимое

Cu( OH) 2 + 2HCI → CuCI 2 + 2H 2 O.

Нерастворимое

3. Взаимодействие с кислотными оксидами:

2 NaOH + SO 3 → Na 2 SO 4 + H 2 O

4. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами :

а) при плавлении:

2 NaOH + AI 2 O 3 2 NaAIO 2 + H 2 O ,

NaOH + AI(OH) 3 NaAIO 2 + 2H 2 O.

б ) в растворе :

2NaOH + AI 2 O 3 +3H 2 O → 2Na[ AI(OH) 4 ],

NaOH + AI(OH) 3 → Na.

5. Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными металлами, кремнием и другими):

2NaOH + Zn + 2H 2 O → Na 2 [ Zn(OH) 4 ] + H 2

2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

6. Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:

2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4 ,

Ba ( OH) 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 + 2KOH.

7. Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:

Ca( OH) 2 CaO + H 2 O,

Cu( OH) 2 CuO + H 2 O.

голубой цвет черный цвет

Амфотерные гидроксиды

Это гидроксиды металлов (Be (OH ) 2 , AI (OH ) 3 , Zn (OH ) 2) и металлов в промежуточной степени окисления (С r (OH ) 3, Mn (OH ) 4).

Получение

Амфотерные гидроксиды получают взаимодействием растворимых солей со щелочами взятых в недостатке или эквивалентном количестве, т.к. в избытке они растворяются:

AICI 3 + 3NaOH → AI(OH) 3 +3NaCI.

Физические свойства

Это твердые вещества, практически нерастворимые в воде. Zn ( OH ) 2 – белый, Fe (ОН) 3 – бурый цвет.

Химические свойства

Амфотерные гидроксиды проявляют свойства оснований и кислот, поэтому взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями.

1. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды:

Zn( OH) 2 + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + 2H 2 O.

2. Взаимодействие с растворами и расплавами щелочей с образованием соли и воды:

AI( OH) 3 + NaOH Na,

Fe 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O,

2Fe( OH) 3 + Na 2 O 2NaFeO 2 + 3H 2 O.

Лабораторная работа № 2

Получение и химические свойства оснований

Цель работы : ознакомиться с химическими свойствами оснований и способами их получения.

Посуда и реактивы : пробирки, спиртовка. Набор индикаторов, магниевая лента, растворы солей алюминия, железа, меди, магния; щелочь(NaOH , К OH ), дистиллированная вода.

Опыт № 1. Взаимодействие металлов с водой.

В пробирку налить 3–5 см 3 воды и опустить в нее несколько кусочков мелко нарезанной магниевой ленты. Нагреть на спиртовке 3–5 мин, охладить и добавить туда 1–2 капли раствора фенолфталеина. Как изменился цвет индикатора? Сравнить с пунктом 1 на с. 27. Написать уравнение реакции. Какие металлы взаимодействуют с водой?

Опыт № 2. Получение и свойства нерастворимых

оснований

В пробирки с разбавленными растворами солей MgCI 2, FeCI 3 , CuSO 4 (5–6 капель) внести по 6–8 капель разбавленного раствора щелочи NaOH до образования осадков. Отметить их окраску. Записать уравнения реакций.

Разделить полученный синий осадок Cu (OH ) 2 на две пробирки. В одну из них добавить 2–3 капли разбавленного раствора кислоты, в другую _ столько же щелочи. В какой пробирке наблюдалось растворение осадка? Написать уравнение реакции.

Повторить этот опыт с двумя другими гидроксидами , полученными по обменным реакциям. Отметить наблюдаемые явления, записать уравнения реакций. Сделать общий вывод о способности оснований взаимодействовать с кислотами и щелочами.

Опыт№ 3. Получение и свойства амфотерных гидроксидов

Повторить предыдущий опыт с раствором соли алюминия (AICI 3 или AI 2 (SO 4 ) 3). Наблюдать образование белого творожистого осадка гидроксида алюминия и растворение его при прибавлении как кислоты, так и щелочи. Записать уравнения реакций. Почему гидроксид алюминия обладает свойствами как кислоты, так и основания? Какие еще амфотерные гидроксиды вы знаете?

Нерастворимое основание: гидроксид меди

Основания - называют электролиты, в растворах которых отсутствуют анионы, кроме гидроксид-ионов (анионы - это ионы, которые имеют отрицательный заряд, в данном случае - это ионы OH -). Названия оснований состоят из трёх частей: слова гидроксид , к которому добавляют название металла (в родительном падеже). Например, гидроксид меди (Cu(OH) 2). Для некоторых оснований могут используются старые названия, например гидроксид натрия (NaOH) - натриевая щелочь .

Едкий натр , гидроксид натрия , натриевая щелочь , каустическая сода - всё это одно и тоже вещество, химическая формула которого NaOH. Безводный гидроксид натрия - это белое кристаллическое вещество. Раствор - прозрачная жидкость, на вид ничем не отличимая от воды. При использовании будьте осторожны! Едкий натр сильно обжигает кожу!

В основу классификации оснований положена их способность растворяться в воде. От растворимости в воде зависят некоторые свойства оснований. Так, основания , растворимые в воде, называют щелочью . К ним относятся гидроксиды натрия (NaOH), гидроксид калия (KOH), лития (LiOH), иногда к их числу прибавляют и гидроксид кальция (Ca(OH) 2)), хотя на самом деле - это малорастворимое вещество белого цвета (гашенная известь).

Получение оснований

Получение оснований и щелочей может производиться различными способами. Для получения щелочи можно использовать химическое взаимодействие металла с водой. Такие реакции протекают с очень большим выделением тепла, вплоть до воспламенения (воспламенение происходит по причине выделения водорода в процессе реакции).

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Негашенная известь - CaO

CaO + H 2 O → Ca(OH) 2

Но в промышленности эти методы не нашли практического значения, конечно кроме получения гидроксида кальция Ca(OH) 2 . Получение гидроксида натрия и гидроксида калия связано с использованием электрического тока. При электролизе водного раствора хлорида натрия или калия на катоде выделяются водород, а на аноде - хлор , при этом в растворе, где происходит электролиз, накапливается щелочь !

KCl + 2H 2 O →2KOH + H 2 + Cl 2 (эта реакция проходит при пропускании электрического тока через раствор).

Нерастворимые основания осаждают щелочами из растворов соответствующих солей.

CuSO 4 + 2NaOH → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4

Свойства оснований

Щелочи устойчивы к нагреванию. Гидроксид натрия можно расплавить и расплав довести до кипения, при этом он разлагаться не будет. Щелочи легко вступают в реакцию с кислотами, в результате которого образуется соль и вода. Эта реакция ещё носит название - реакция нейтрализации

KOH + HCl → KCl + H 2 O

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами, в результате которой образуется соль и вода.

2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O

Нерастворимые основания , в отличии от щелочей, термически не стойкие вещества. Некоторые из них, например, гидроксид меди , разлагаются при нагревании,

Cu(OH) 2 + CuO → H 2 O
другие - даже при комнатной температуре (например, гидроксид серебра - AgOH).

Нерастворимые основания взаимодействуют с кислотами, реакция происходит лишь в том случае, если соль, которая образуется при реакции, растворяется в воде.

Cu(OH) 2 + 2HCl → CuCl 2 + 2H 2 O

Растворение щелочного металла в воде с изменение цвета индикатора на ярко-красный

Щелочные металлы - такие металлы, которые при взаимодействии с водой образуют щелочь . К типичному представителю щелочных металлов относится натрий Na. Натрий легче воды, поэтому его химическая реакция с водой происходит на её поверхности. Активно растворяясь в воде, натрий вытесняет из неё водород, при этом образуя натриевую щелочь (или гидроксид натрия) - едкий натр NaOH. Реакция протекает следующим образом:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Подобным образом ведут себя все щелочные металлы. Если перед началом реакцией в воду добавить индикатор фенолфталеин, а затем опустить в воду кусочек натрия, то натрий будет скользить по воде, оставляя за собой ярко розовый след образовавшейся щелочи (щелочь окрашивает фенолфталеин в розовый цвет)

Гидроксид железа

Гидроксид железа является основанием. Железо, в зависимости от степени его окисления, образует два разных основания: гидроксид железа, где железо может иметь валентности (II) - Fe(OH) 2 и (III) - Fe(OH) 3 . Как и основания, образованные большинством металлов, оба основания железа не растворимы в воде.

Гидроксид железа (II) - белое студенистое вещество (осадок в растворе), которое обладает сильными восстановительными свойствами. К тому же, гидроксид железа (II) очень не стойкий. Если к раствору гидроксида железа (II) добавить немного щёлочи, то выпадет зелёный осадок, который достаточно быстро темнеет о превращается в бурый осадок железа (III).

Гидроксид железа (III) имеет амфотерные свойства, но кислотные свойства у него выражены значительно слабее. Получить гидроксид железа (III) можно в результате химической реакции обмена между солью железа и щёлочью. Например

Fe 2 (SO 4) 3 + 6 NaOH → 3 Na 2 SO 4 +2 Fe(OH) 3

Основания представляют собой сложные соединения, включающие два основных структурных компонента:

1. Гидроксогруппа (одна или несколько). Отсюда, кстати и второе название этих веществ - «гидроксиды».
2. Атом металла или ион аммония (NH4+).

Название оснований происходит из объединения наименований обоих его компонентов: например, гидроксид кальция, гидроксид меди, гидроксид серебра и т. д.

Единственным исключением из общего правила образования оснований следует считать когда гидроксогруппа присоединяется не к металлу, а к катиону аммония (NH4+). Это вещество образуется в том случае, когда происходит растворение в воде аммиака.

Если говорить о свойствах оснований, то сразу следует отметить, что валентность гидроксогруппы равна единице, соответственно, количество этих групп в молекуле будет напрямую зависеть от того, какой валентностью обладают вступающие в реакцию металлы. Примерами в данном случае могут служить формулы таких веществ, как NaOH, Al(OH)3, Ca(OH)2.

Химические свойства оснований проявляются в их реакциях с кислотами, солями, другими основаниями, а также в их действии на индикаторы. В частности, щелочи можно определить, если воздействовать их раствором на определенный индикатор. В этом случае он заметно поменяет свою окраску: например, из белой станет синей, а фенолфталеин - малиновым.

Химические свойства оснований, проявляясь в их взаимодействии с кислотами, приводят к знаменитым реакциям нейтрализации. Суть такой реакции в том, что атомы металла, присоединяясь к кислотному остатку, образуют соль, а гидроксогруппа и ион водорода, соединяясь, превращаются в воду. Реакцией нейтрализации эта реакция называется потому, что после нее не остается ни щелочи, ни кислоты.

Характерные химические свойства оснований проявляются и в их реакции с солями. При этом стоит отметить, что с растворимыми солями в реакцию вступают только щелочи. Особенности строения этих веществ приводят к тому, что в результате реакции образуется новая соль и новое, чаще всего нерастворимое, основание.

Наконец, химические свойства оснований прекрасно проявляют себя во время термического воздействия на них - нагревания. Здесь, осуществляя те или иные опыты, стоит иметь в виду, что практически все основания, за исключением щелочей, при нагревании ведут себя крайне неустойчиво. Подавляющее их большинство почти мгновенно распадается на соответствующий оксид и воду. А если взять основания таких металлов, как серебро и ртуть, то в нормальных условиях они не могут быть получены, так как начинают распадаться уже при комнатной температуре.

Гидроксиды щелочных металлов – при обычных усло­виях представляют собой твердые белые кристаллические вещества, гигроско­пичные, мылкие на ощупь, очень хорошо растворимы в воде (их растворение – экзотермический процесс), легкоплавки. Гидроксиды щелочноземельных металлов Са(ОН) 2 , Sr(OH) 2 , Ва(ОН) 2) – белые порошкообразные вещества, гораздо менее растворимы в воде по сравнению с гидроксидами щелочных металлов. Нерастворимые в воде основания обычно образу­ются в виде гелеобразных осадков, разлагающихся при хра­нении. Например, Сu(ОН) 2 – синий студенистый осадок.

3.1.4 Химические свойства оснований.

Свойства оснований обусловлены наличием ионов ОН – . В свойствах щелочей и нерастворимых в воде оснований имеются отличия, однако общим свойством является реак­ция взаимодействия с кислотами. Химические свойства оснований представ­лены в таблице 6.

Таблица 6 – Химические свойства оснований

Щелочи	Нерастворимые основания
Все основания реагируют с кислотами (реакция нейтрализации )
2NaOH + H 2 SО 4 = Na 2 SО 4 + 2H 2 О	Сr(ОН) 2 + 2НС1 = СrС1 2 + 2Н 2 O
Основания реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды: 6КОН + Р 2 O 5 = 2К 3 РO 4 + 3Н 2 O
Щелочи реагируют с растворами солей , если один из продуктов реакции выпадает в осадок (т. е. если образу­ется нерастворимое соединение): CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4 Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 = 2NaOH + BaSO 4 	Нерастворимые в воде основания и амфотерные гидроксиды разлагаются при на­гревании на соответствующий оксид и воду: Мn(ОН) 2  МnО + Н 2 O Сu(ОН) 2  СuО + Н 2 O
Щелочи можно обнаружить индикатором. В щелочной сре­де: лакмус – синий, фенолфталеин – малиновый, мети­ловый оранжевый – желтый

3.1.5 Важнейшие основания.

NaOH – едкий натр, каустическая сода. Легкоплавкие (t пл = 320 °С) белые гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимы в воде. Раствор мылкий на ощупь и является опасной едкой жидкостью. NaOH – один из важней­ших продуктов химической промышленности. В больших количествах требуется для очистки нефтепро­дуктов, широко применяется в мыловаренной, бумажной, текстильной и других отраслях промышленности, а также для производства искусственного волокна.

КОН – едкое кали. Белые гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимы в воде. Раствор мылкий на ощупь и является опасной едкой жидкостью. СвойстваКОН аналогичны свойствам NaOH, но применяется гидроксид калия гораздо реже ввиду его более высокой стоимости.

Са(ОН) 2 – гашеная известь. Белые кристаллы, мало ра­створимы в воде. Раствор называется «известковой водой», суспензия – «известковым молоком». Известковая вода применяется для распознавания углекислого газа, она мут­неет при пропускании СO 2 . Гашеная известь широко используется в строительном деле в качестве основы для изготовления вяжущих веществ.