Основные гидроксиды

Осно́вные гидрокси́ды — это сложные вещества, которые состоят из атомов металла или иона аммония и гидроксогруппы (—OH) и в водном растворе диссоциируют с образованием анионов ОН⁻ и катионов. Название основания обычно состоит из двух слов: слова «гидроксид» и названия металла в родительном падеже (или слова «аммония»). Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.

Получение

Гранулы гидроксида натрия

Гидроксид кальция

Гидроксид алюминия

Метагидроксид железа

• Взаимодействие сильноосновного оксида с водой позволяет получить сильное основание или щёлочь.

  ${\displaystyle {\mathsf {CaO+H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ Ca(OH)_{2}}}}$

  Слабоосновные и амфотерные оксиды с водой не реагируют, поэтому соответствующие им гидроксиды таким способом получить нельзя.

• Гидроксиды малоактивных металлов получают при добавлении щелочи к растворам соответствующих солей. Так как растворимость слабоосновных гидроксидов в воде очень мала, гидроксид выпадает из раствора в виде студнеобразной массы.

  ${\displaystyle {\mathsf {CuSO_{4}+2NaOH\ {\xrightarrow {}}\ Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}}$

• Также основание можно получить при взаимодействии щелочного или щелочноземельного металла с водой.

  ${\displaystyle {\mathsf {Ca+2H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}}$

• Гидроксиды щелочных металлов в промышленности получают электролизом водных растворов солей:

  ${\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\ {\xrightarrow {e^{-}}}\ 2NaOH+H_{2}\uparrow +Cl_{2}\uparrow }}}$

• Некоторые основания можно получить реакциями обмена:

  ${\displaystyle {\mathsf {Li_{2}SO_{4}+Ba(OH)_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2LiOH+BaSO_{4}\downarrow }}}$

• Основания металлов встречаются в природе в виде минералов, например: гидраргиллита Al(OH)₃, брусита Mg(OH)₂.

Классификация

Основания классифицируются по ряду признаков.

• По растворимости в воде.
  • Растворимые основания (щёлочи): гидроксид лития LiOH, гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид бария Ba(OH)₂, гидроксид стронция Sr(OH)₂, гидроксид цезия CsOH, гидроксид рубидия RbOH, гидроксид таллия TlOH, гидроксид кальция Ca(OH)2
  • Практически нерастворимые основания: Mg(OH)₂, , Zn(OH)₂, Cu(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Be(OH)₂.
  • Другие основания: NH₃·H₂O

Деление на растворимые и нерастворимые основания практически полностью совпадает с делением на сильные и слабые основания, или гидроксиды металлов и переходных элементов. Исключение составляет гидроксид лития LiOH, хорошо растворимый в воде, но являющийся слабым основанием.

• По количеству гидроксильных групп в молекуле.
  • Однокислотные (гидроксид натрия NaOH)
  • Двукислотные (гидроксид меди(II) Cu(OH)₂)
  • Трехкислотные (гидроксид железа(III) Fe(OH)₃)
• По летучести.
  • Летучие: NH₃, CH₃-NH₂
  • Нелетучие: щёлочи, нерастворимые основания.
• По стабильности.
  • Стабильные: гидроксид натрия NaOH, гидроксид бария Ba(OH)₂
  • Нестабильные: гидроксид аммония NH₃·H₂O (гидрат аммиака).
• По степени электролитической диссоциации.
  • Сильные (α > 30 %): щёлочи.
  • Слабые (α < 3 %): нерастворимые основания.
• По наличию кислорода.
  • Кислородсодержащие: гидроксид калия KOH, гидроксид стронция Sr(OH)₂
  • Бескислородные: аммиак NH₃, амины.
• По типу соединения:
  • Неорганические основания: содержат одну или несколько групп -OH.
  • Органические основания: органические соединения, являющиеся акцепторами протонов: амины, амидины и другие соединения.

Номенклатура

По номенклатуре IUPAC неорганические соединения, содержащие группы -OH, называются гидроксидами. Примеры систематических названий гидроксидов:

• NaOH — гидроксид натрия
• TlOH — гидроксид таллия(I)
• Fe(OH)₂ — гидроксид железа(II)

Если в соединении есть оксидные и гидроксидные анионы одновременно, то в названиях используются числовые приставки:

• TiO(OH)₂ — дигидроксид-оксид титана
• MoO(OH)₃ — тригидроксид-оксид молибдена

Для соединений, содержащих группу O(OH), используют традиционные названия с приставкой мета-:

• AlO(OH) — метагидроксид алюминия
• CrO(OH) — метагидроксид хрома

Для оксидов, гидратированных неопределённым числом молекул воды, например Tl₂O₃•n H₂O, недопустимо писать формулы типа Tl(OH)₃. Называть такие соединениями гидроксидами также не рекомендуется. Примеры названий:

• Tl₂O₃•n H₂O — полигидрат оксида таллия(III)
• MnO₂•n H₂O — полигидрат оксида марганца(IV)

Особо следует именовать соединение NH₃•H₂O, которое раньше записывали как NH₄OH и которое в водных растворах проявляет свойства основания. Это и подобные соединения следует именовать как гидрат:

• NH₃•H₂O — гидрат аммиака
• N₂H₄•H₂O — гидрат гидразина

Химические свойства

• В водных растворах основания диссоциируют, что изменяет ионное равновесие:

${\displaystyle {\mathsf {NaOH\ \rightleftarrows \ Na^{+}+OH^{-}}}}$

это изменение проявляется в цветах некоторых кислотно-основных индикаторов:

• лакмус становится синим,
• метилоранж — жёлтым,
• фенолфталеин приобретает цвет фуксии.

• При взаимодействии с кислотой происходит реакция нейтрализации и образуется соль и вода:

${\displaystyle {\mathsf {NaOH+HCl\ {\xrightarrow {}}\ NaCl+H_{2}O}}}$

Примечание: реакция не идёт, если и кислота и основание слабые.

• При избытке кислоты или основания реакция нейтрализации идёт не до конца и образуются кислые или осно́вные соли, соответственно:

${\displaystyle {\mathsf {NaOH+H_{3}PO_{4}\ {\xrightarrow {}}\ NaH_{2}PO_{4}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Cu(OH)_{2}+H_{2}CO_{3}\ {\xrightarrow {}}\ (CuOH)_{2}CO_{3}+2H_{2}O}}}$

• Амфотерные основания могут реагировать с щелочами с образованием гидроксокомплексов:

${\displaystyle {\mathsf {Zn(OH)_{2}+2KOH\ {\xrightarrow {}}\ K_{2}[Zn(OH)_{4}]}}}$

• Основания реагируют с кислотными или амфотерными оксидами с образованием солей:

${\displaystyle {\mathsf {2NaOH+SiO_{2}\ {\xrightarrow {}}\ Na_{2}SiO_{3}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2NaOH+Al_{2}O_{3}\ {\xrightarrow {}}\ 2NaAlO_{2}+H_{2}O}}}$

• Основания вступают в обменные реакции (реагируют с растворами солей):

${\displaystyle {\mathsf {Ba(OH)_{2}+Na_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {}}\ 2NaOH+BaSO_{4}\downarrow }}}$

• Слабые и нерастворимые основания при нагреве разлагаются на оксид и воду:

${\displaystyle {\mathsf {Cu(OH)_{2}\ {\xrightarrow {T}}\ CuO+H_{2}O}}}$

Некоторые основания (Cu(I), Ag, Au(I)) разлагаются уже при комнатной температуре.

• Основания щелочных металлов (кроме лития) при нагревании плавятся, расплавы являются электролитами.

См. также

• Кислота
• Соли
• Оксиды
• Гидроксиды
• Теории кислот и оснований

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.
• Лидин Р.А. и др. Номенклатура неорганических веществ. — М.: КолосС, 2006. — 95 с. — ISBN 5-9532-0446-9.