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

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.
${\mathsf {CuSO_{4}+2NaOH\ {\xrightarrow {}}\ Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}$
Также основание можно получить при взаимодействии щелочного или щелочноземельного металла с водой.
${\mathsf {Ca+2H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ Ca(OH)_{2}+H_{2}\uparrow }}$
Гидроксиды щелочных металлов в промышленности получают электролизом водных растворов солей:
${\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\ {\xrightarrow {e^{-}}}\ 2NaOH+H_{2}\uparrow +Cl_{2}\uparrow }}$
Некоторые основания можно получить реакциями обмена:
${\mathsf {Li_{2}SO_{4}+Ba(OH)_{2}\ {\xrightarrow {}}\ 2LiOH+BaSO_{4}\downarrow }}$
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:

{\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:

{\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:

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

{\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:

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

Основания реагируют с кислотными или амфотерными оксидами с образованием солей:

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

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

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

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

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

{\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

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.