Hlavné triedy anorganických látok, okrem oxidov, kyselín a solí, zahŕňajú skupinu zlúčenín nazývaných zásady alebo hydroxidy. Všetky majú jeden plán molekulovej štruktúry: vo svojom zložení nevyhnutne obsahujú jednu alebo viac hydroxylových skupín spojených s kovovým iónom. Zásadité hydroxidy sú geneticky príbuzné oxidom kovov a soliam, čo určuje nielen ich chemické vlastnosti, ale aj spôsoby získavania v laboratóriu a priemysle.
Existuje niekoľko foriem klasifikácie zásad, ktoré sú založené na charakteristikách kovu, ktorý je súčasťou molekuly, a na schopnosti látky rozpúšťať sa vo vode. V našom článku sa budeme zaoberať týmito vlastnosťami hydroxidov, ako aj ich chemickými vlastnosťami, od ktorých závisí použitie zásad v priemysle a každodennom živote.
Fyzikálne vlastnosti
Všetky bázy tvorené aktívnymi alebo typickými kovmi sú pevné látky so širokým rozsahom teplôt topenia. Vo vzťahu k vode, onisa delia na vysoko rozpustné – zásadité a nerozpustné vo vode. Napríklad zásadité hydroxidy obsahujúce prvky skupiny IA ako katióny sa ľahko rozpúšťajú vo vode a sú silnými elektrolytmi. Na dotyk sú mydlové, korodujú látku, pokožku a nazývajú sa alkálie. Keď disociujú v roztoku, detegujú sa ióny OH-, ktoré sa určujú pomocou indikátorov. Napríklad bezfarebný fenolftaleín sa v alkalickom prostredí stáva karmínovým. Roztoky aj taveniny hydroxidov sodíka, draslíka, bária a vápnika sú elektrolyty; vedú elektrinu a považujú sa za vodiče druhého druhu. Rozpustné zásady, najčastejšie používané v priemysle, zahŕňajú asi 11 zlúčenín, ako sú zásadité hydroxidy sodíka, draslíka, amónia atď.
Štruktúra základnej molekuly
Iónová väzba sa vytvára medzi katiónom kovu a aniónmi hydroxylových skupín v molekule látky. Je dostatočne silný pre vo vode nerozpustné hydroxidy, takže polárne molekuly vody nie sú schopné zničiť kryštálovú mriežku takejto zlúčeniny. Alkálie sú stabilné látky a pri zahrievaní prakticky netvoria oxid a vodu. Zásadité hydroxidy draslíka a sodíka teda vrie pri teplotách nad 1000 °C, pričom sa nerozkladajú. V grafických vzorcoch všetkých báz je jasne vidieť, že atóm kyslíka hydroxylovej skupiny je viazaný jednou kovalentnou väzbou k atómu kovu a druhou k atómu vodíka. Štruktúra molekuly a typ chemickej väzby určujú nielen fyzikálne, alea všetky chemické vlastnosti látok. Poďme sa im venovať podrobnejšie.
Vápnik a horčík a vlastnosti ich zlúčenín
Oba prvky sú typickými predstaviteľmi aktívnych kovov a môžu interagovať s kyslíkom a vodou. Produktom prvej reakcie je zásaditý oxid. Hydroxid vzniká ako výsledok exotermického procesu, pri ktorom sa uvoľňuje veľké množstvo tepla. Základy vápnika a horčíka sú ťažko rozpustné biele práškové látky. Pre zlúčeniny vápnika sa často používajú tieto názvy: vápenné mlieko (ak ide o suspenziu vo vode) a vápenná voda. Ako typický zásaditý hydroxid Ca(OH)2 interaguje s kyslými a amfotérnymi oxidmi, kyselinami a amfotérnymi zásadami, ako sú hydroxidy hliníka a zinku. Na rozdiel od typických žiaruvzdorných alkálií sa zlúčeniny horčíka a vápnika vplyvom teploty rozkladajú na oxid a vodu. Obidve zásady, najmä Ca(OH)2, sú široko používané v priemysle, poľnohospodárstve a domácich potrebách. Pozrime sa ďalej na ich aplikáciu.
Oblasti použitia zlúčenín vápnika a horčíka
Je dobre známe, že pri stavbe sa používa chemický materiál nazývaný páperie alebo hasené vápno. Ide o vápenatý základ. Najčastejšie sa získava reakciou vody so zásaditým oxidom vápenatým. Chemické vlastnosti zásaditých hydroxidov umožňujú ich široké využitie v rôznych odvetviach národného hospodárstva. Napríklad na čistenie nečistôt vo výrobesurový cukor, na získanie bielidla pri bielení bavlnenej a ľanovej priadze. Pred vynájdením iónomeničov – katexov sa v technológiách zmäkčovania vody používali vápenaté a horečnaté zásady, ktoré umožňovali zbaviť sa uhľovodíkov, ktoré zhoršujú jej kvalitu. Na tento účel sa voda prevarila s malým množstvom sódy alebo haseného vápna. Vodná suspenzia hydroxidu horečnatého sa môže použiť ako liek pre pacientov s gastritídou na zníženie kyslosti žalúdočnej šťavy.
Vlastnosti zásaditých oxidov a hydroxidov
Najdôležitejšie pre látky tejto skupiny sú reakcie s kyslými oxidmi, kyselinami, amfotérnymi zásadami a soľami. Je zaujímavé, že nerozpustné zásady, ako sú hydroxidy medi, železa alebo niklu, nemožno získať priamou reakciou oxidu s vodou. V tomto prípade laboratórium používa reakciu medzi zodpovedajúcou soľou a zásadou. V dôsledku toho sa vytvárajú zásady, ktoré sa zrážajú. Takto sa získa napríklad modrá zrazenina hydroxidu meďnatého, zelená zrazenina železitej zásady. Následne sa odparujú na tuhé práškové látky príbuzné vo vode nerozpustným hydroxidom. Charakteristickým znakom týchto zlúčenín je, že pri pôsobení vysokých teplôt sa rozkladajú na zodpovedajúci oxid a vodu, čo sa nedá povedať o zásadách. Koniec koncov, vo vode rozpustné základy sú tepelne stabilné.
Schopnosť elektrolýzy
Pokračujúc v štúdiu základných vlastností hydroxidov, zastavme sa ešte pri jednej vlastnosti, podľa ktorej možno rozlíšiť zásady alkalických kovov a kovov alkalických zemín od zlúčenín nerozpustných vo vode. Toto je nemožnosť disociácie na ióny pod vplyvom elektrického prúdu. Naopak, taveniny a roztoky hydroxidov draslíka, sodíka, bária a stroncia ľahko podliehajú elektrolýze a sú vodičmi druhého druhu.
Získanie dôvodov
Keď už hovoríme o vlastnostiach tejto triedy anorganických látok, čiastočne sme vymenovali chemické reakcie, ktoré sú základom ich výroby v laboratórnych a priemyselných podmienkach. Za najdostupnejšiu a cenovo najefektívnejšiu metódu možno považovať tepelný rozklad prírodného vápenca, v dôsledku ktorého sa získava nehasené vápno. Ak vykonáte reakciu s vodou, vytvorí sa zásaditý hydroxid - Ca (OH) 2. Zmes tejto látky s pieskom a vodou sa nazýva m alta. Naďalej sa používa na omietanie stien, na lepenie tehál a pri iných typoch stavebných prác. Alkálie možno získať aj reakciou zodpovedajúcich oxidov s vodou. Napríklad: K2O + H2O=2KON. Proces je exotermický s uvoľňovaním veľkého množstva tepla.
Interakcia zásad s kyslými a amfotérnymi oxidmi
Medzi charakteristické chemické vlastnosti vo vode rozpustných zásad patrí ich schopnosť tvoriť soli v reakciách s oxidmi obsahujúcimi v molekulách atómy nekovov,napríklad oxid uhličitý, oxid siričitý alebo oxid kremičitý. Hydroxid vápenatý sa používa najmä na sušenie plynov a hydroxid sodný a draselný na získanie zodpovedajúcich uhličitanov. Oxidy zinku a hliníka súvisiace s amfotérnymi látkami môžu interagovať s kyselinami aj zásadami. V druhom prípade môžu vznikať komplexné zlúčeniny, ako je hydroxozinkát sodný.
Neutralizačná reakcia
Jednou z najdôležitejších vlastností zásad, nerozpustných vo vode aj zásadách, je ich schopnosť reagovať s anorganickými alebo organickými kyselinami. Táto reakcia sa redukuje na interakciu medzi dvoma typmi iónov: vodíkom a hydroxylovými skupinami. Vedie k tvorbe molekúl vody: HCI + KOH=KCI + H2O. Z pohľadu teórie elektrolytickej disociácie sa celá reakcia redukuje na vznik slabého, mierne disociovaného elektrolytu – vody.
V uvedenom príklade sa vytvorila priemerná soľ – chlorid draselný. Ak sa zásadité hydroxidy použijú na reakciu v množstve menšom, ako je potrebné na úplnú neutralizáciu viacsýtnej kyseliny, potom sa po odparení výsledného produktu nájdu kryštály kyslej soli. Neutralizačná reakcia hrá dôležitú úlohu v metabolických procesoch prebiehajúcich v živých systémoch – bunkách a umožňuje im pomocou ich vlastných tlmivých komplexov neutralizovať prebytočné množstvo vodíkových iónov nahromadených v disimilačných reakciách.
