Zu den Hauptklassen anorganischer Substanzen gehört neben Oxiden, Säuren und Salzen eine Gruppe von Verbindungen, die Basen oder Hydroxide genannt werden. Alle von ihnen haben einen einzigen molekularen Strukturplan: Sie enth alten notwendigerweise eine oder mehrere Hydroxylgruppen, die in ihrer Zusammensetzung mit einem Metallion verbunden sind. Basische Hydroxide sind mit Metalloxiden und -salzen genetisch verwandt, was nicht nur ihre chemischen Eigenschaften bestimmt, sondern auch die Gewinnungsmethoden im Labor und in der Industrie.
Es gibt verschiedene Formen der Klassifizierung von Basen, die sowohl auf den Eigenschaften des Metalls, das Teil des Moleküls ist, als auch auf der Fähigkeit der Substanz, sich in Wasser zu lösen, basieren. In unserem Artikel werden wir diese Eigenschaften von Hydroxiden betrachten und uns mit ihren chemischen Eigenschaften vertraut machen, von denen die Verwendung von Basen in Industrie und Alltag abhängt.
Physikalische Eigenschaften
Alle von aktiven oder typischen Metallen gebildeten Basen sind Feststoffe mit einem breiten Schmelzpunktbereich. In Bezug auf Wasser, siesind in gut löslich - Alkali und unlöslich in Wasser unterteilt. Zum Beispiel lösen sich basische Hydroxide, die Elemente der Gruppe IA als Kationen enth alten, leicht in Wasser und sind starke Elektrolyte. Sie fühlen sich seifig an, korrodieren Stoff und Haut und werden Laugen genannt. Bei der Dissoziation in Lösung werden OH--Ionen nachgewiesen, die mit Indikatoren bestimmt werden. Beispielsweise wird farbloses Phenolphthalein in alkalischem Medium purpurrot. Sowohl Lösungen als auch Schmelzen von Natrium-, Kalium-, Barium- und Calciumhydroxiden sind Elektrolyte; leiten Strom und gelten als Leiter zweiter Art. Lösliche Basen, die in der Industrie am häufigsten verwendet werden, umfassen etwa 11 Verbindungen, wie basische Hydroxide von Natrium, Kalium, Ammonium usw.
Die Struktur des Grundmoleküls
Eine Ionenbindung wird zwischen einem Metallkation und Anionen von Hydroxylgruppen in einem Stoffmolekül gebildet. Es ist stark genug für wasserunlösliche Hydroxide, sodass polare Wassermoleküle das Kristallgitter einer solchen Verbindung nicht zerstören können. Alkalien sind stabile Substanzen und bilden beim Erhitzen praktisch kein Oxid und Wasser. So sieden die basischen Hydroxide von Kalium und Natrium bei Temperaturen über 1000 °C, wobei sie sich nicht zersetzen. In den grafischen Formeln aller Basen ist deutlich zu erkennen, dass das Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe durch eine kovalente Bindung an das Metallatom und die andere an das Wasserstoffatom gebunden ist. Die Struktur des Moleküls und die Art der chemischen Bindung bestimmen nicht nur physikalisch, sondernund alle chemischen Eigenschaften von Stoffen. Lassen Sie uns näher darauf eingehen.
Calcium und Magnesium und Merkmale der Eigenschaften ihrer Verbindungen
Beide Elemente sind typische Vertreter aktiver Metalle und können mit Sauerstoff und Wasser wechselwirken. Das Produkt der ersten Reaktion ist ein basisches Oxid. Das Hydroxid entsteht durch einen exothermen Prozess, der eine große Menge Wärme freisetzt. Calcium- und Magnesiumbasen sind schwerlösliche weiße pulvrige Substanzen. Für Calciumverbindungen werden häufig folgende Bezeichnungen verwendet: Kalkmilch (wenn es sich um eine Suspension in Wasser handelt) und Kalkwasser. Als typisches basisches Hydroxid interagiert Ca(OH)2 mit sauren und amphoteren Oxiden, Säuren und amphoteren Basen wie Aluminium- und Zinkhydroxiden. Im Gegensatz zu typischen hitzebeständigen Laugen zersetzen sich Magnesium- und Calciumverbindungen unter Temperatureinfluss in Oxide und Wasser. Beide Basen, insbesondere Ca(OH)2, sind in Industrie, Landwirtschaft und Haush alt weit verbreitet. Betrachten wir ihre Anwendung weiter.
Anwendungsgebiete von Calcium- und Magnesiumverbindungen
Es ist allgemein bekannt, dass beim Bauen ein chemisches Material verwendet wird, das Fluff oder gelöschter Kalk genannt wird. Es ist eine Calciumbasis. Meistens wird es durch die Reaktion von Wasser mit basischem Calciumoxid gewonnen. Die chemischen Eigenschaften basischer Hydroxide ermöglichen eine breite Verwendung in verschiedenen Zweigen der Volkswirtschaft. Zum Beispiel, um Verunreinigungen in der Produktion zu reinigenRohzucker, um Bleichmittel zu erh alten, beim Bleichen von Baumwoll- und Leinengarnen. Vor der Erfindung von Ionenaustauschern wurden Kationenaustauscher, Calcium- und Magnesiumbasen in Wasserenthärtungstechnologien verwendet, die es ermöglichten, Kohlenwasserstoffe loszuwerden, die seine Qualität verschlechtern. Dazu wurde Wasser mit etwas Soda oder gelöschtem Kalk aufgekocht. Eine wässrige Suspension von Magnesiumhydroxid kann als Heilmittel für Patienten mit Gastritis verwendet werden, um den Säuregeh alt des Magensaftes zu reduzieren.
Eigenschaften basischer Oxide und Hydroxide
Die wichtigsten für Stoffe dieser Gruppe sind Reaktionen mit Säureoxiden, Säuren, amphoteren Basen und Salzen. Interessanterweise können unlösliche Basen wie Kupfer-, Eisen- oder Nickelhydroxide nicht durch direkte Umsetzung des Oxids mit Wasser erh alten werden. In diesem Fall nutzt das Labor die Reaktion zwischen dem entsprechenden Salz und Alkali. Dadurch werden Basen gebildet, die ausfallen. So erhält man beispielsweise einen blauen Niederschlag von Kupferhydroxid, einen grünen Niederschlag einer Eisenbase. Anschließend werden sie zu festen pulverförmigen Stoffen eingedampft, die mit wasserunlöslichen Hydroxiden verwandt sind. Eine Besonderheit dieser Verbindungen besteht darin, dass sie sich unter Einwirkung hoher Temperaturen in das entsprechende Oxid und Wasser zersetzen, was von Alkalien nicht gesagt werden kann. Schließlich sind wasserlösliche Basen thermisch stabil.
Elektrolysefähigkeit
Um die grundlegenden Eigenschaften von Hydroxiden weiter zu untersuchen, wollen wir uns mit einem weiteren Merkmal befassen, anhand dessen man die Basen von Alkali- und Erdalkalimetallen von wasserunlöslichen Verbindungen unterscheiden kann. Dies ist die Unmöglichkeit der letzteren, unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms in Ionen zu dissoziieren. Dagegen lassen sich Schmelzen und Lösungen von Kalium-, Natrium-, Barium- und Strontiumhydroxiden leicht elektrolysieren und sind Leiter zweiter Art.
Erste Gründe
Wenn wir über die Eigenschaften dieser Klasse anorganischer Substanzen sprechen, haben wir teilweise die chemischen Reaktionen aufgelistet, die ihrer Herstellung unter Labor- und Industriebedingungen zugrunde liegen. Als zugänglichste und kostengünstigste Methode kann die thermische Zersetzung von natürlichem Kalkstein angesehen werden, wodurch Branntkalk gewonnen wird. Führt man eine Reaktion mit Wasser durch, so bildet sich ein basisches Hydroxid - Ca (OH) 2. Eine Mischung dieses Stoffes mit Sand und Wasser nennt man Mörtel. Es wird weiterhin zum Verputzen von Wänden, zum Verkleben von Ziegeln und bei anderen Bauarbeiten verwendet. Alkalien können auch durch Umsetzung der entsprechenden Oxide mit Wasser erh alten werden. Zum Beispiel: K2O + H2O=2KON. Der Prozess ist exotherm, wobei viel Wärme freigesetzt wird.
Wechselwirkung von Alkalien mit sauren und amphoteren Oxiden
Zu den charakteristischen chemischen Eigenschaften wasserlöslicher Basen gehört ihre Fähigkeit, bei Reaktionen mit Oxiden, die Nichtmetallatome in Molekülen enth alten, Salze zu bilden,beispielsweise wie Kohlendioxid, Schwefeldioxid oder Siliziumoxid. Insbesondere Calciumhydroxid wird zur Gastrocknung und Natrium- und Kaliumhydroxid zur Gewinnung der entsprechenden Carbonate verwendet. Oxide von Zink und Aluminium, die mit amphoteren Substanzen verwandt sind, können sowohl mit Säuren als auch mit Laugen interagieren. Im letzteren Fall können Komplexverbindungen entstehen, wie z. B. Natriumhydroxozinkat.
Neutralisationsreaktion
Eine der wichtigsten Eigenschaften von Basen, die sowohl wasser- als auch alkaliunlöslich sind, ist ihre Fähigkeit, mit anorganischen oder organischen Säuren zu reagieren. Diese Reaktion wird auf die Wechselwirkung zwischen zwei Arten von Ionen reduziert: Wasserstoff und Hydroxylgruppen. Es führt zur Bildung von Wassermolekülen: HCI + KOH=KCI + H2O. Aus Sicht der Theorie der elektrolytischen Dissoziation reduziert sich die gesamte Reaktion auf die Bildung eines schwachen, leicht dissoziierten Elektrolyten – Wasser.
Im obigen Beispiel wurde ein durchschnittliches Salz gebildet - Kaliumchlorid. Wenn basische Hydroxide in einer geringeren Menge als für die vollständige Neutralisation der mehrbasigen Säure erforderlich für die Reaktion verwendet werden, werden beim Eindampfen des resultierenden Produkts Kristalle des Säuresalzes gefunden. Die Neutralisationsreaktion spielt eine wichtige Rolle bei Stoffwechselprozessen in lebenden Systemen - Zellen und ermöglicht es ihnen, mit Hilfe ihrer eigenen Pufferkomplexe die überschüssige Menge an Wasserstoffionen zu neutralisieren, die sich in Dissimilationsreaktionen angesammelt haben.
