Основания в химии
Интересную группу неорганических веществ образуют основания. Они применяются даже в быту, о чем мы часто не подозреваем. Изучим вместе с преподавателем главные вопросы, касающиеся оснований в химии
Основания стали известны уже в ХVII веке, благодаря открытиям французского химика Г. Ф. Руэля. Он пришел к выводу, что соли могут образовываться только при взаимодействии кислот с определенными веществами, которые он и назвал основаниями, подчеркивая тем самым «основу» для получения твердых солей.
Единую теорию оснований и кислот разработал уже в конце ХIХ века известный шведский химик С. Аррениус. Он использовал термин «диссоциация», в результате которой образуются протоны и гидроксид-ионы. Однако в этой теории не учитывалось влияние растворителя, и она была неприменима к неводным растворам. В первой половине ХХ века Э. Франклин создал сольвентную теорию оснований. В дальнейшем были созданы теории Й. Бренстеда, Т. Лоури, Г. Льюиса, М. И. Усановича, что говорит о сложности такой темы, как основания в химии.
Что такое основания в химии
Основаниям в химии называют сложные вещества, которые включают в свой состав атом металла и одну или несколько гидроксогрупп (ОН—). В теории электролитической диссоциации основания рассматриваются в качестве электролитов, распадающихся в водных растворах на катионы (положительно заряженные частицы) металла и анионы (отрицательно заряженные частицы ОН—). Растворимые в воде основания получили название щелочей.
Полезная информация об основаниях
| Основания, растворимые в воде (щелочи) | К ним относятся основания, образованные щелочными (Li, Na, K, Rb и др.) и щелочноземельными (Ca, Sr, Ba) металлами |
| Основания, не растворимые в воде | Образованы металлами, относящимися к другим группам периодической системы элементов |
| Сила оснований | Способность оснований отщеплять протон от кислот |
Общая формула оснований
Эта формула записывается как Me(OH)n, где Ме – это химический символ металла, а n – индекс, указывающий на его степень окисления. Атом металла в формуле всегда один, а количество гидроксогрупп зависит от валентности данного металла. Следовательно, группа OH имеет валентность 1. Конкретная формула оснований записывается как NaOH, Са(ОН)2, Al(ОН)3.
Классификация и номенклатура оснований
Номенклатура (названия) оснований складывалась исторически, поэтому существуют традиционные наименования и научные. К традиционным названиям относятся: гашеная известь – Са(ОН)2, едкое кали – КОН, едкий натр – NaOH.
Научная номенклатура включает в себя слово «гидроксид», затем наименование металла и его валентность, если она переменная. Например, гидроксид лития – LiOH, гидроксид железа (II) – Fe(OH)2, гидроксид железа (III) – Fe(OH)3.
Основания можно классифицировать по таким признакам:
- растворимость в воде: растворимые (щелочи) – RbOH, Sr(OH)2 и нерастворимые – Al(OH)3;
- кислотность: однокислотные – КОН и многокислотные – Сu(OH)2, Fe(OH)3.
- химические свойства: основные – NaOH, Са(ОН)2 и амфотерные – Zn(OH)2.
- степень электролитической диссоциации: сильные – CsOH, слабые – Fe(OH)3.
- устойчивость: устойчивые – Ва(ОН)2, неустойчивые – CuOH.
Физические свойства оснований
Все основания при обычных условиях являются твердыми веществами. Они нелетучие и без запаха. Чаще всего бывают белого цвета, однако есть и исключения: гидроксид меди (I) – желтый, гидроксид железа (III) – красно-коричневый, гидроксид никеля (II) – светло-зеленый, гидроксид меди (II) – синий.
В воде растворимы только щелочи, которые представляют собой белые кристаллические вещества, мылкие на ощупь. Их называют едкими, так как при попадании на кожу вызывают сильные ожоги.
Химические свойства оснований
Эти свойства обусловлены наличием в водных растворах оснований свободных гидроксид-ионов. Вследствие этого растворы щелочей изменяют окраску индикаторов: лакмус становится синим, фенолфталеин – малиновым, метиловый оранжевый – желтым.
Некоторые основания разлагаются при нагревании, они также вступают в химические реакции с кислотами, кислотными оксидами, с амфотерными оксидами и гидроксидами, с растворимыми солями и рядом простых веществ.
Реакции оснований
Рассмотрим реакции оснований при взаимодействии с разными элементами и соединениями.
1. Реакция нейтрализации:
Cu(OH)2 + 2HCl → CuCl2 + 2H2O
2. Термическое разложение:
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
3. Реакция с кислотными оксидами:
2Na(OH) + SO3 → Na2SO4 + H2O
4. Взаимодействие с солями:
Ba(OH)2 + K2SO4 → BaSO4 + 2KOH
5. С простыми веществами:
2Na(OH) + Si + H2O → Na2SiO3 + 2H2
6. Реакция с амфотерными оксидами:
2NaOH + Al2O3 + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
Получение оснований
Существуют различные способы получения оснований, которые используются как в лабораторных, так и в промышленных условиях.
- Реакция металла с водой: СаО + H2O → Са(ОН)2
- Взаимодействие оксида с водой: Na2O + H2O → 2NaOH
- Реакция растворимых солей со щелочами:
- MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4
- Электролиз раствора солей (таким способом получают щелочи в промышленности): 2NaCl + 4H2O → 2NaOH + 2H2 + Cl2
Задачи по теме «Основания в химии»
Закрепим изученный материал, выполнив несложные задания.
Задача 1
Напишите формулы оснований: гидроксид натрия, гидроксид меди (II), гидроксид алюминия (III).
Задача 2
Напишите уравнение реакции между гидроксидом калия и соляной кислотой.
Задача 3
Составьте уравнение реакции получения гидроксида калия из оксида калия.
Задача 4
Запишите формулу термическое разложение гидроксида алюминия (III).
Задача 5
Из предложенных вариантов выберите ряд щелочей:
А) KOH, NaOH, Fe(OH)3, Ba(OH)2
Б) LiOH, KOH, Ca(OH)2, Rb(OH)
В) Cu(OH)2, NaOH, Sr(OH)2, Fe(OH)3
Ответы к задачам
Давайте проверим, что получилось.
Задача 1
NaOH, Cu(OH)2, Al(OH)3
Задача 2
КОН + HCl → KCl + Н2О
Задача 3
К2О + Н2О → 2КОН
Задача 4
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
Задача 5
Ответ: Б
Популярные вопросы и ответы
Отвечает Илья Краснов, методист Домашней школы «ИнтернетУрок» по химии и биологии
Где применяются основания?
Физические и химические свойства оснований сделали их незаменимыми во многих отраслях промышленности и повседневной жизни человека. Так, каустическую соду (гидроксид натрия NaOH) применяют при производстве твердого мыла, а гидроксид калия (KOH) при изготовлении жидкого мыла. Каустическая сода также применяется для чистки масляных пятен, засоров канализации.
В производстве зубных паст применяют гидроксид кальция. Широкое применение он также нашел в строительстве как вяжущий и скрепляющий материал. Используют основания и в медицине. Нашатырный спирт (водный раствор аммиака NH3) позволяет быстро привести человека в сознание, поэтому данный лекарственный препарат должен быть в любой аптечке. Также до появления современных моющих средств нашатырный спирт помогал отлично мыть окна.
Доказали свою эффективность при заболеваниях пищеварительного тракта щелочные минеральные воды. Актуально применение оснований при изготовлении искусственных волокон, каучуков, красителей. Гидроксиды калия, кальция, бария применяются в нефтяной промышленности.
В производстве зубных паст применяют гидроксид кальция. Широкое применение он также нашел в строительстве как вяжущий и скрепляющий материал. Используют основания и в медицине. Нашатырный спирт (водный раствор аммиака NH3) позволяет быстро привести человека в сознание, поэтому данный лекарственный препарат должен быть в любой аптечке. Также до появления современных моющих средств нашатырный спирт помогал отлично мыть окна.
Доказали свою эффективность при заболеваниях пищеварительного тракта щелочные минеральные воды. Актуально применение оснований при изготовлении искусственных волокон, каучуков, красителей. Гидроксиды калия, кальция, бария применяются в нефтяной промышленности.
Почему в 8 классе изучают основания?
В курсе 8 класса химии значительное время уделено изучению раздела классификации, общих химических свойств и способов получения простых и сложных веществ, к последним относятся основания. Тема «Основания» позволяет познакомить учащихся с понятием классификации неорганических веществ, применить на практике знания Периодического закона, помогает разобраться в очень важном разделе химии «Электролитическая диссоциация и реакции ионного обмена». Химические свойства оснований базируются на их взаимодействии с оксидами, кислотами, амфотерными гидроксидами и простыми веществами, что делает возможным получения полной картины о большинстве химических веществ в неорганической химии и их генетической связи.
Как подготовиться к контрольной работе по химии на тему «Основания»?
Для успешного изучения и аттестации по теме «Основания» необходимо разобраться в номенклатуре и классификации, составлении формул оснований, изучить их физические и химические свойства. Важно уметь составлять уравнения химических реакций с их участием, знать способы их получения и применения.
В каких заданиях ОГЭ и ЕГЭ по химии проверяется знание темы «Основания»?
Знание темы «Основания» необходимо для решения большинства заданий, посвященных неорганической химии. Так, задание №5 ЕГЭ по химии полностью основано на классификации неорганических веществ. При решении заданий №6-9 очень часто встречаются основания, здесь важно знать химические свойства оснований, общие и редкие реакции с их участием. В заданиях №17 и №18 также сравнительно часто могут быть реакции, в которые вступают основания. Здесь важно знать не только ход этих реакций, но и условия их протекания. В задании №24 может потребоваться знание признаков протекания химических реакций, реагентами или продуктами в которых могут выступать основания. Задание №25 может включать способы промышленного получения и применения неорганических и органических веществ. Во второй части ЕГЭ по химии успешное выполнение заданий №29, №30 и №31, а также решение задачи №34 сложно представить без отличного знания данной темы.
