Щёлочи
Щёлочи (в рус. языке от слова «щёлок»; производное от того же корня, что и др.-исл. skola «стирать»[1]) — гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов (кроме обладающего слабыми основными свойствами гидроксида магния, амфотерных гидроксидов бериллия и цинка — они практически нерастворимы в воде), таллия (гидроксид таллия(I) — является щелочью, несмотря на то что таллий это постпереходный металл, но гидроксид таллия(III) уже не является щелочью — это слабое основание, не растворимое в воде) и европия (гидроксид европия (ІІ)). К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания и гидроксид кальция (малорастворимое основание). При электролитической диссоциации щёлочи образуют анионы OH− и катион металла.
К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп IA и IIA (начиная с кальция) периодической системы химических элементов, например NaOH (едкий натр), KOH (едкое кали), Ba(OH)2 (едкий барий). В качестве исключений к щелочам относят гидроксид одновалентного таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является сильным основанием и гидроксид европия(II) Eu(OH)2. «Едкие щёлочи» — тривиальное название гидроксидов металлов ІА и ІІА (начиная с кальция) группы. Название обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки (вызывая сильные химические ожоги), бумагу и другие органические вещества.
Из-за большой химической активности щелочных и щелочноземельных металлов молекулы щелочей прочны и едкие щёлочи долгое время не удавалось разложить на элементы, потому они считались простыми веществами.
Одним из первых предположение о сложном составе едких щелочей высказал Лавуазье. Основываясь на своей теории о том, что все простые вещества могут окисляться, Лавуазье предположил, что едкие щёлочи — это уже окисленные сложные вещества. Однако подтвердить эту теорию удалось лишь Дэви в начале XIX века с применением им электрохимиических методов[2].
Физические свойства
[править | править код]Гидроксиды щелочных металлов (едкие щёлочи) при обычных условиях представляют собой твёрдые, белые (кроме гидроксида цезия — он выглядит грязно-бежевым), очень гигроскопичные кристаллические вещества. Щёлочи — это сильные основания, почти все очень хорошо растворимые в воде (исключение - малорастворимый гидроксид кальция). Растворение в воде сопровождается значительным тепловыделением, из-за которого добавляемая вода может даже закипеть, с рабрызгиванием капель, это опасно.
Сила основания и растворимость в воде возрастает с увеличением радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самые сильные щёлочи — это гидроксид цезия (теоретически более сильной щелочью должен быть гидроксид франция, но из-за очень малого периода полураспада его соединения не получены в макроскопических количествах, достаточных для изучения химических свойств) в группе IА и гидроксид радия в группе IIА.
Кроме того, едкие щёлочи также растворимы в этаноле и метаноле.
Химические свойства
[править | править код]Щёлочи проявляют осно́вные свойства. В твёрдом состоянии многие щёлочи гигроскопичны H2O и поглощают CO2, также углекислый газ из воздуха поглощают растворы щелочей , постепенно превращаясь в растворы карбонатов.
Качественные реакции на щёлочи
[править | править код]Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.
| Индикатор и номер перехода |
х[3] | Интервал pH и номер перехода |
Цвет щелочной формы | |
|---|---|---|---|---|
| Метиловый фиолетовый | 0,13-0,5 [I] | зелёный | ||
| Крезоловый красный [I] | 0,2-1,8 [I] | жёлтый | ||
| Метиловый фиолетовый [II] | 1,0-1,5 [II] | синий | ||
| Тимоловый синий [I] | К | 1,2-2,8 [I] | жёлтый | |
| Тропеолин 00 | О | 1,3-3,2 | жёлтый | |
| Метиловый фиолетовый [III] | 2,0-3,0 [III] | фиолетовый | ||
| (Ди)метиловый жёлтый | О | 3,0-4,0 | жёлтый | |
| Бромфеноловый синий | К | 3,0-4,6 | сине-фиолетовый | |
| Конго красный | 3,0-5,2 | синий | ||
| Метиловый оранжевый | О | 3,1-(4,0)4,4 | (оранжево-)жёлтый | |
| Бромкрезоловый зелёный | К | 3,8-5,4 | синий | |
| Бромкрезоловый синий | 3,8-5,4 | синий | ||
| Лакмоид | К | 4,0-6,4 | синий | |
| Метиловый красный | О | 4,2(4,4)-6,2(6,3) | жёлтый | |
| Хлорфеноловый красный | К | 5,0-6,6 | красный | |
| Лакмус (азолитмин) | 5,0-8,0 (4,5-8,3) | синий | ||
| Бромкрезоловый пурпурный | К | 5,2-6,8(6,7) | ярко-красный | |
| Бромтимоловый синий | К | 6,0-7,6 | синий | |
| Нейтральный красный | О | 6,8-8,0 | янтарно-жёлтый | |
| Феноловый красный | О | 6,8-(8,0)8,4 | ярко-красный | |
| Крезоловый красный [II] | К | 7,0(7,2)-8,8 [II] | тёмно-красный | |
| α-Нафтолфталеин | К | 7,3-8,7 | синий | |
| Тимоловый синий [II] | К | 8,0-9,6 [II] | синий | |
| Фенолфталеин[4] [I] | К | 8,2-10,0 [I] | малиново-красный | |
| Тимолфталеин | К | 9,3(9,4)-10,5(10,6) | синий | |
| Ализариновый жёлтый ЖЖ | К | 10,1-12,0 | коричнево-жёлтый | |
| Нильский голубой | 10,1-11,1 | красный | ||
| Диазофиолетовый | 10,1-12,0 | фиолетовый | ||
| Индигокармин | 11,6-14,0 | жёлтый | ||
| Epsilon Blue | 11,6-13,0 | тёмно-фиолетовый | ||
Взаимодействие с кислотами
[править | править код]
Щёлочи, как основания, взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). Это одно из самых важных химических свойств щелочей.
Обобщённая реакция:
- Щёлочь + Кислота → Соль + Вода.
Примеры реакций:
- ;
- .
![{\displaystyle {\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {HCl} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NaCl} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61be6dd9efc0dd7f03d62470fedfdd09aee92e62)
![{\displaystyle {\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NaNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9f6518f1445db3fff0a9b257f84be7be96ebc1bc)
Взаимодействие с кислотными оксидами
[править | править код]Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:
Обобщённая реакция:
- Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода.
Пример реакции:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Ca} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {CaCO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\downarrow {}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/090b653bdf79ea8ca70e8aa41114ad4cb5b39a65)
Взаимодействие с амфотерными оксидами
[править | править код]- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {KOH} {}+{}\mathrm {ZnO} {}\mathrel {\xrightarrow {\mathrm {t} {\vphantom {A}}^{~\mathrm {o} }\mathrm {C} } } {}\mathrm {K} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {ZnO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cd7af000a0fde551b60f5b710b26e2d9ded07109)
Взаимодействие с металлами, проявляющими амфотерные свойства
[править | править код]Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды ( и др). Примеры уравнений этих реакций при сплавлении реагентов:
- ;
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Zn} {}+{}2\,\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {ZnO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ecb398ea2705916cd235e3755fe1e066c4bfb356)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}2\,\mathrm {KOH} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {KAlO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/684d4d42e98ea44cdeef52af3290a6f2d057e286)
В ходе этих же реакций в растворах образуются гидроксокомплексы (продукты гидратации указанных выше солей):
- ;
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Zn} {}+{}2\,\mathrm {NaOH} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}[\mathrm {Zn} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}]{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1a20be6db2d2cacbfb72e5f735247f09a735790e)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Al} {}+{}2\,\mathrm {KOH} {}+{}6\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {K} [\mathrm {Al} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}]{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/943afaf6345f551ead63e54cd2c7ced414b46932)
Взаимодействие с растворами солей
[править | править код]Растворы щелочей необратимо взаимодействуют с растворами солей, если образуется нерастворимый гидроксид или нерастворимая соль.
Обобщённая реакция:
- Раствор щёлочи + Раствор соли → Новый гидроксид + Новая соль.
Примеры реакций:
- ;
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {CuSO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Cu} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\downarrow {}~{}+{}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3b41454c6a6e67afdf34482c96a5712a8f7514f1)
![{\displaystyle {\mathrm {Ba} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {SO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {BaSO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}\downarrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/22fe9d7b9278e0dee15ecfcace5b90a7efd36dd9)
Получение
[править | править код]Растворимые основания получают различными способами.
Электролиз растворов солей щелочных/щёлочноземельных металлов
[править | править код]Путём электролиза хлоридов и бромидов щелочных металлов:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NaCl} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a7b5039cb7ceef11e800e9c0c6a0903791575369)
В лаборатории этот процесс проводят в вытяжном шкафу, так как выделяющийся хлор ядовит.
Реакция воды с Щелочными/Щёлочноземельными металлами
Реакцией воды с металлами IA группы и IIA группы, можно получить гидроксид и водород, который может самовоспламениться из-за высоких температур реакции:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Na} {}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/db43c58fadf4d047e3c4c29327f7c515e1fb03dd)
Реакция воды с оксидами и пероксидами Щелочных/Щёлочноземельных металлов
Реакцией оксидов и пероксидов щелочных и щёлочноземельных металлов с водой можно получить основания, в случае пероксидов продукты реакции зависят от температуры проведения реакции:
- ;
- ;
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3ebde057896156e73e840c43b3e8e52795f3342b)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\xrightarrow {\mathrm {t} ~{\vphantom {A}}^{o}\mathrm {C} } } {}4\,\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e3b87a873f932db83ddf8277c4cc2831d1a27bca)
![{\displaystyle {\mathrm {CaO} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Ca} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1f89332e3cab504a3438efd2a32cd8e22d92104b)
Взаимодействие щелочей с солями щелочных/щёлочноземельных металлов В результате реакции щелочей с растворимыми солями образуется новая соль и щелочь. Для необратимости реакции, одним из конечных продуктов реакции обязательно должна быть нерастворимая соль, иначе образуется раствор свободных ионов.
- .
![{\displaystyle {3\,\mathrm {LiOH} {}+{}\mathrm {K} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Li} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}3\,\mathrm {KOH} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96d3d27a41162d7ed6cd09efff5053c57434be43)
Реакция соли щёлочноземельного металла, подвергаемого гидролизу
При реакции солей щелочных/щёлочноземельных металлов (подвергаемых гидролизу), образуется щёлочь и соответствующая аниону исходной соли кислота:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {SrS} {}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\xrightarrow {\mathrm {t} ~{\vphantom {A}}^{o}\mathrm {C} } } {}\mathrm {Sr} (\mathrm {OH} ){\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {S} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/082f03676dcca6bee02ff007eba62c151284f541)
Применение
[править | править код]Щёлочи широко применяются в промышленности: гидроксиды натрия и калия — в мыловарении и изготовлении чистящих средств, гидроксид кальция — в производстве строительных материалов.
Щёлочи широко применяются в различных производствах и медицине; также для дезинфекции прудов в рыбоводстве и как удобрение, в качестве электролита для щелочных аккумуляторов.
В почвоведении
[править | править код]Слабощелочная почва в почвоведении — это почва, водородный показатель водной суспензии которой выше 7,3. Большинство видов растений предпочитает слабокислые почвы (с pH от 6,0 до 6,8)[5]. Некоторые виды растений, например, кочанная капуста предпочитает щелочные почвы.
Примечания
[править | править код]
- ↑ Щёлок Архивная копия от 9 декабря 2017 на Wayback Machine // Словарь Фасмера
- ↑ Арсеньев А. С. Анализ развивающегося понятия. М., «Наука», 1067. С. 332.
- ↑ *Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание.
- ↑ Фенолфталеин в сильно щелочной среде обесцвечивается. В среде концентрированной серной кислоты также он даёт красную окраску, обусловленную строением катиона фенолфталеина, хотя и не такую интенсивную. Эти малоизвестные факты могут привести к ошибкам при определении реакции среды.
- ↑ Chambers's Encyclopaedia[англ.]. — 1888.
Литература
[править | править код]- Колотов С. С. Щёлочи // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Едкие щёлочи // Казахстан. Национальная энциклопедия. — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2. (CC BY-SA 3.0)
При написании этой статьи использовался материал из издания «Казахстан. Национальная энциклопедия» (1998—2007), предоставленного редакцией «Қазақ энциклопедиясы» по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.