Основи (хімія)
Осно́ви — це складні речовини, утворені металічним елементом та гідроксидними групами (OH).
Згідно з теорією Арреніуса, основами називали електроліти, які у водному розчині дисоціюють з утворенням катіонів металу (або неметалічних катіонів, як NH4+) і аніонів лише одного типу — гідроксиду ОН–.
Наприклад:
- NaOH = Na+ + OH-
- NH4OH = NH4+ + OH-
- Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH-
Основи Арреніуса можна розглядати як гідроксиди основних оксидів, тобто як продукти приєднання води до основних оксидів:
- Na2O + H2O = 2NaOH
- CaO + H2O = Ca(OH)2
- BaO + H2O = Ba(OH)2
Основи Арреніуса, як і основні оксиди, при взаємодії з кислотами і ангідридами, а також з амфотерними оксидами утворюють солі, а між собою не взаємодіють.
Наприклад:
- Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O
- Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2О
- 2NaOH + ZnO = Na2ZnO2 + H2O
Основні гідроксиди, або основи, зображають такою загальною формулою: Ме(ОН)x, де Ме — атом металу, або металоподібної групи (як NH4), а x — число гідроксидних груп, що дорівнює валентності металу (1,2 або 3). Наприклад: NaOH, Ba(OH)2, Fe(OH)3.
Основи називають звичайно гідроксидами відповідних металів. Якщо метал має сталу валентність і утворює тільки один гідроксид, то його називають просто гідроксидом цього металу. Так, NaOH — гідроксид натрію, Ba(OH)2 — гідроксид барію. Якщо ж метал має змінну валентність і утворює кілька гідроксидів, то щоб розрізнити їх, у назвах перед словом гідроксид ставлять префікси з грецьких числівників, які показують кількість гідроксильних груп, що припадає на один атом металу. Наприклад: CuOH — моногідроксид міді, Cu(OH)2 — дигідроксид міді, Fe(OH)2 — дигідроксид заліза, Fe(OH)3 — тригідроксид заліза і т. д.
Крім того, деякі групи основ і навіть окремі основи мають спеціальні назви. Так, розчинні у воді основи називають лугами. Гідроксид натрію NaOH називається їдким натром, гідроксид калію KOH — їдким калі, гідроксид кальцію Ca(OH)2 — гашеним вапном.
Основи Арреніуса є твердими речовинами. Деякі з них, зокрема NaOH і KOH, у термічному відношенні досить стійкі: їх можна нагрівати до температури плавлення і навіть кипіння, і вони не розкладаються. Проте більшість основ нестійкі і при нагріванні легко розкладаються з утворенням оксидів і виділенням води.
Наприклад:
- Ca(OH)2 = CaO + H2O
- 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Більшість основ Арреніуса нерозчинні у воді. Добре розчинними є тільки основи лужних і лужноземельних металів, тобто луги. Серед лугів практично найбільш вживаними є NaOH, KOH, Ca(OH)2 і Ba(OH)2. Водні розчини їдких лугів мають їдкий мильний смак. Вони легко руйнують рослинні і тваринні тканини. Через це їх називають ще їдкими лугами. Розчини їдких лугів мають здатність змінювати забарвлення індикаторів. Так, у лужному середовищі фіолетовий колір лакмусу змінюється на синій, помаранчевий колір метилоранжу — на ясно-жовтий, а безбарвний розчин фенолфталеїну стає фіолетовим. Лужні властивості розчинів основ обумовлюються наявністю в розчині гідроксильних іонів.
Хімічні властивості основ Арреніуса визначаються їх відношенням до кислот, ангідридів, амфотерних оксидів і солей. Найбільш характерною властивістю основ є їх здатність вступати в хімічні реакції з кислотами. Причому з кислотами взаємодіють як розчинні, так і нерозчинні основи.
Реакції взаємодії основ з кислотами називають реакціями нейтралізації. Суть реакцій нейтралізації полягає в тому, що кислотний водень кислоти і гідроксид основи утворюють воду, а катіони металу основи і кислотні залишки утворюють сіль:
- Ba(OH)2 + 2HCl = BaCl2 + 2H2O
- Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O
Основи вступають у хімічні реакції також з ангідридами і амфотерними оксидами:
- 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
- 2KOH + SO2 = K2SO3 + H2O
- 2KOH + PbO = K2PbO2 + H2O
Розчини їдких лугів взаємодіють і з розчинами солей, утворюючи нерозчинні основи:
- CuCl2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + 2NaCl
- Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3 ↓ + 3Na2SO
Основи Арреніуса можна добути різними способами.
- Безпосереднім сполученням основних оксидів з водою.
Цим способом можна користуватися в тих випадках, коли основний оксид безпосередньо взаємодіє з водою. Наприклад:
- Na2O + H2O = 2NaOH
- CaO + H2O = Ca(OH)2
- Взаємодією їдких лугів, з розчинами солей. Цим способом користуються в лабораторіях, коли відповідний оксид з водою безпосередньо не взаємодіє, а гідроксид нерозчинний.
Наприклад:
- CuSO4 + 2KOH = Cu(OH)2 ↓ + K2SO4
- FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 ↓ + 3NaCl
- Взаємодією найактивніших металів (K, Na, Ca, Ba) з водою.
Наприклад:
- 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑
- Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 ↑
- Для технічного одержання NaOH і KOH широко використовують спосіб електролізу водних розчинів NaCl і KCl.
- Див. також Кислотно-основна теорія Бренстеда-Лоурі
Основа (основа Бренстеда) — це молекула або іон, які здатні приєднувати протони. Щоб могти приєднувати протон, основа повинна мати атом з вільною парою електронів (парою електронів, яка не входить до хімічного зв'язку). Тому основні властивості часто проявляють органічні сполуки, до яких входять Нітроген, Оксиген, Сульфур, Фосфор. І Найсильнішими основами вважають аніони.
- Див. також Кислотно-основна теорія Льюїса
Основою Льюїса називають будь-яку частинку (молекулу, атом, іон), яка може віддавати пару неподілених електронів.
Приклади твердих основ включають:
- Суміші оксидів: SiO2, Al2O3; MgO, SiO2; CaO, SiO2[1]
- Монтовані основи: LiCO3 на кремнеземі; NR3, NH3, KNH2 на оксиді алюмінію; NaOH, KOH, монтовані на кремнеземі на оксиді алюмінію[1]
- Неорганічні хімічні речовини: BaO, KNaCO3, BeO, MgO, CaO, KCN[1]
- Аніонообмінні смоли[1]
- Деревне вугілля, оброблене при температурі 900 градусів Цельсія або активоване за допомогою N2O, NH3, ZnCl2 — NH2Cl — CO2[1]
Залежно від здатності твердої поверхні успішно утворювати спряжену основу шляхом поглинання електронейтральної кислоти, визначається основна міцність поверхні.[2] «Кількість основних центрів на одиницю площі поверхні твердого тіла» використовується для вираження того, наскільки висока основна сила твердого каталізатора.[2] Вчені розробили два методи вимірювання кількості основних центрів: перший — титрування бензойною кислотою за допомогою індикаторів та адсорбція газоподібної кислоти.[2] Тверда речовина з достатньою основною силою поглинає електрично нейтральний кислий індикатор і викликає зміну кольору кислотного індикатора на колір його спряженої основи.[2] Під час проведення методу адсорбції газоподібною кислотою використовується оксид азоту.[2] Кількість основних ділянок визначають шляхом розрахунку кількості поглиненого діоксиду вуглецю.[2]
Основи можуть використовуватися як нерозчинні гетерогенні каталізатори для хімічних реакцій. Наприклад, каталізаторами є оксид магнію, оксид кальцію, оксид барію, фторид калію на глиноземі та деякі цеоліти. Багато перехідних металів входять до складу каталізаторів, і багато з них входять до складу основ. Каталізатори на базі основ використовуються для гідрогенізації, при міграції подвійних зв'язків, відновленні Меервейна-Пондорфа-Верлея, реакції Майкла та багатьох інших реакціях. Як CaO, так і BaO можуть бути високоактивними каталізаторами, якщо їх нагріти до високих температур.[3]
- Гідроксид натрію використовується у виробництві мила, паперу та синтетичного волокна — віскози.
- Гідроксид кальцію (гашене вапно) використовується у виробництві відбілювального порошку.
- Гідроксид кальцію також використовується для очищення від діоксиду сірки, який утворюється вихлопними газами електростанцій та заводів.[4]
- Гідроксид магнію використовується як «антацид» для нейтралізації надлишку кислоти в шлунку і лікування розладів травлення.
- Карбонат натрію використовують як пральну соду та для пом'якшення жорсткої води.
- Бікарбонат натрію (або гідрокарбонат натрію) використовується як харчова сода при приготуванні їжі, для виготовлення розпушувачів, як антацид для лікування розладів травлення та в содово-кислотних вогнегасниках.
- Гідроксид амонію використовується для видалення жирних плям з одягу.
- ↑ а б в г д Tanabe, Kozo (1970). Solid Acids and Bases: their catalytic properties. Academic Press. с. 2. ISBN 9780323160582. Архів оригіналу за 8 жовтня 2022. Процитовано 19 лютого 2015.
- ↑ а б в г д е Tanabe, K.; Misono, M.; Ono, Y.; Hattori, H. (1990). New Solid Acids and Bases: their catalytic properties. Elsevier. с. 14. ISBN 9780080887555. Архів оригіналу за 8 жовтня 2022. Процитовано 19 лютого 2015.
- ↑ Tanabe, K.; Misono, M.; Ono, Y.; Hattori, H. (1990). New Solid Acids and Bases: their catalytic properties. Elsevier. с. 14. ISBN 9780080887555. Архів оригіналу за 8 жовтня 2022. Процитовано 19 лютого 2015.
- ↑ Zumdahl та DeCoste, (2013).
- Ф. А. Деркач «Хімія» Л. 1968
- Ю. О. Ластухін, С. А. Воронов. Органічна хімія. Підручник для вищих навчальних закладів. Видання четверте. — Львів: Центр Європи, 2009. — 868 с. (сторінка 164) ISBN 966-7022-19-6
- Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
- Вебсайт українського НДПІ основної хімії «НІОХІМ».
|
Це незавершена стаття з хімії. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |
