Щелочи — что это такое, слабые и сильные, отличия щелочи от кислоты

Что такое щелочь

Щелочи — это соединения, в состав которых входят ион металла и гидроксид-ион (ОН-). К щелочам химики относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочи представляют собой вещества белого цвета, которые хорошо растворяются в воде. Более того, растворение всегда сопровождается очень активным выделением тепла. Щелочи вступают в реакцию с кислотами, образуя соль и воду.
Такая щелочь, как гидроксид натрия, используется для производства твердого мыла

Щелочи очень активны! Они способны поглощать из воздуха не только водяные пары, но и молекулы углекислого газа, сероводорода и т.д. Поэтому хранят щелочи в очень герметичной таре. Концентрированные щелочи разрушают стекло, а иногда даже фарфор. Если сравнивать щелочи с кислотами, то щелочи могут вызвать более сильные ожоги, так как они очень быстро проникают в ткань, и их практически невозможно смыть водой.

В кислотном растворе лакмусовая бумажка становится красной, в щелочном — синей

Основная формула

Начнем с определения. Щелочью называется хорошо растворимое в воде вещество, гидроксид щелочного (1-ая группа, основная подгруппа в таблице Менделеев) или щелочноземельного (2-ая группа, основная подгруппа в таблице Менделеева) металла. Стоит заметить, что бериллий и магний, хотя и принадлежат к щелочным металлам, щелочей не образуют. Их гидроксиды относят к основаниям.

Кислота, щелочь: формулы

Щелочи — самые сильные основания, растворение которых в воде сопровождается тепловыделением. Примером этого служит бурная реакция с водой гидроксида натрия. Из всех щелочей наименее растворим в воде гидроксид кальция (известный также как гашеная известь), который в чистом виде представляет собой порошок белого цвета.

Из определения можно сделать вывод, что химическая формула щелочи — ROH, где R — щелочноземельный (кальций, стронций, радий, барий) или щелочной (натрий, калий, литий, цезий, франций, рубидий) металл. Приведем некоторые примеры щелочей: NaOH, KOH, CsOH, RbOH.

Виды

Основания классифицируются по двум признакам:

  • по количеству групп ОН – однокислотные и многокислотные;
  • по растворимости в воде – щёлочи (растворимые) и нерастворимые.

Щёлочи образуются щелочными металлами – литием (Li), натрием (Na), калием (K), рубидием (Rb) и цезием (Cs).

Кроме того, к активным металлам, образующим щёлочи, относят щелочноземельные металлы – кальций (Ca), стронций (Sr) и барий (Ba). Эти элементы образуют следующие основания:

  • LiOH;
  • NaOH;
  • KOH;
  • RbOH;
  • CsOH;
  • Ca(OH)2;
  • Sr(OH)2;
  • Ba(OH)2.

Все остальные основания, например, Mg(OH)2, Cu(OH)2, Al(OH)3, относятся к нерастворимым.

По-другому щёлочи называются сильными основаниями, а нерастворимые – слабыми основаниями. При электролитической диссоциации щёлочи быстро отдают гидроксильную группу и быстрее вступают в реакцию с другими веществами. Нерастворимые или слабые основания менее активные, т.к. не отдают гидроксильную группу.

Классификация оснований
Рис. 2. Классификация оснований.

Особое место в систематизации неорганических веществ занимают амфотерные гидроксиды. Они взаимодействуют и с кислотами, и с основаниями, т.е. в зависимости от условий ведут себя как щёлочь или как кислота. К ним относятся Zn(OH)2, Al(OH)3, Pb(OH)2, Cr(OH)3, Be(OH)2 и другие основания.

Читайте также:  Электронные оболочки атомов, электронные орбитали. Правила заполнение электронных оболочек атома

По растворимости в воде

В зависимости от растворимости в воде выделяют:

  • щелочи. Эти основания растворимы в воде: NaOH, KOH, Ba(OH)2 и другие. Ca(OH)2, хотя малорастворим, тоже относится к щелочам из-за своей едкости;
  • нерастворимые основания. К таким основаниям относятся Fe(OH)2, Cu(OH)2 и другие;
  • амфотерные гидроксиды. К амфотерным относятся те основания, которые образованы металлами со степенью окисления +3 или +4. Эти основания отличаются тем, что проявляют как основные свойства, так и кислотные.

Также есть основания, которые относятся к амфотерным, но образованы металлом с иной степенью окисления: Zn(OH)2, Pb(OH)2, Sn(OH)2, Be(OH)2.

Напомним, что растворимость мы проверяем по таблице растворимости кислот и оснований в воде.

Таблица растворимости солей, кислот и оснований

По числу гидроксогрупп

В зависимости от количества гидроксильных групп, способных замещаться на кислотный остаток, выделяют следующие виды оснований:

  • однокислотные: KOH, NaOH;
  • двухкислотные: Fe(OH)2, Ba(OH)2;
  • трехкислотные: Al(OH)3, Fe(OH)3.

Кислоты и щёлочи – отличия

Кислоты и щёлочи отличают по показателям pH (шкала pH). Ниже Вы видите картинку – это специальная шкала, на которой имеются числа от 0 и до 14. Нулём обозначают самые сильные кислоты, а четырнадцатью – самую сильную щёлочь. Но какая же середина между этими числами? Может быть 5, может быть 7, а может быть 10? Серединой принято считать число 7 (нейтральное положение). То есть числа до 7 — это все кислоты, а больше 7 — это щёлочи.

Реакции

Абсолютно все щелочи реагируют с кислотами. Реакция протекает так же, как кислоты и основания — с образованием соли и воды. Пример:

NaOH+HCl=NaCl+H2O

Приведенная реакция — соляная кислота + щелочь. Формулы реакций различных щелочей с кислотами:

КОН+HCl=KCl+H2O

NaOH+HNO3=NaNO3+H2O

Помимо кислот, щелочи реагируют также с кислотными оксидами (SO2, SO3, CO2). Реакция проходит по тому же механизму, что и щелочи с кислотой — в результате взаимодействия образуется соль и вода.

Формула щелочи в химии

Щелочи взаимодействуют и с амфотерными оксидами (ZnO, Al2O3). При этом образуются нормальные или комплексные соли. Самая типичная из таких реакций оксид цинка + едкая щелочь. Формула такой реакции:

2NaOH+ZnO=Na2ZnO2+H2O

В показанной реакции образуется нормальная соль натрия Na2ZnO2 и вода.

Реакции щелочей с амфотерными металлами протекают по тому же механизму. Приведем в качестве примера реакцию алюминий + щелочь. Формула реакции:

2KOH+2Al+6H2O=2K(Al(OH)4)+3H2

Это пример реакции с образованием комплексной соли.

Взаимодействие с индикаторами

Для определения pH исследуемого раствора используются специальные химические вещества — индикаторы, которые меняют свой цвет в зависимости от значения показателя водорода в среде. Самый распространенный индикатор, используемый в химических исследованиях, — лакмус. В щелочной среде он приобретет интенсивный синий цвет.

Другой доступный индикатор, фенолфталеин, в щелочной среде приобретает малиновый окрас. Однако в очень концентрированном растворе (показатель водорода близок к 14) фенолфталеин остается бесцветным, как и в нейтральной среде. Потому лакмус при работе с концентрированными щелочами использовать предпочтительнее.

Химическая формула щелочи

Метиловый оранжевый индикатор в щелочной среде приобретает желтый окрас, при уменьшении pH среды цвет меняется от желтого до оранжевого и красного.

Физические свойства щелочей

Помимо этого, щелочи также хорошо растворяются в этаноле. Концентрированные и умеренные растворы имеют pH от 7.1 и выше. Растворы щелочей мыльные на ощупь. Концентрированные составы — довольно едкие химические соединения, контакт с которыми вызывает химические ожоги кожи, глаз, любых слизистых оболочек, поэтому работать с ними следует осторожно. Воздействие едкого вещества можно нейтрализовать раствором кислоты.

Читайте также:  Химическая связь доквантовомеханические представления

Щелочи могут находиться как в твердом, так и в жидком состоянии. Гидроксид натрия — самая распространенная щелочь (формула NaOH), которая в твердом состоянии представляет собой вещество белого света.

Щелочь, формула

Гидроксид кальция при нормальных условиях — белый порошок. Гидроксиды радия и бария в твердом агрегатном состоянии — бесцветные кристаллы. Гидроксиды стронция и лития также бесцветны. Все твердые щелочи поглощают воду из воздуха. Гидроксид цезия — самая сильная щелочь (формула CsOH). Щелочные свойства металлов 1-ой группы основной подгруппы возрастают сверху вниз. Эти вещества нашли применение в химической промышленности. В основном их используют в щелочных аккумуляторах в качестве электролитов. Чаще всего применяют гидроксиды калия и натрия.

Химические свойства оснований

1. Щелочи (растворимые основания) из металлов реагируют только с Zn, Be и Al:

Zn + 2NaOH + 2H2O →  Na2[Zn(OH)4] + H2­

Be + 2NaOH + 2H2O →  Na2[Be(OH)4] + H2­

2Al + 2NaOH + 6H2O →  2Na[Al(OH)4] + 3H2

Cr + NaOH →  реакция не идет

Fe + NaOH →  реакция не идет

2. Щелочи из неметаллов реагируют только с S, P, Si и галогенами:

3S + 6NaOH → Na2SO3 + 2Na2S + 3H2O

P4 + 3NaOH + 3H2O → PH3­ + 3NaH2PO2 (t°, гипофосфит натрия)

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2­

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O (аналогично для Br2, I2)

3Cl2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O (при нагревании, аналогично для Br2, I2).

2F2 + 2NaOH → OF2 + 2NaF + H2O (продукты этой реакции на ЕГЭ не проверяются, но необходимо знать, что реакция протекает)

3. Основания взаимодействуют с кислотами с образованием средних, кислых или основных солей. Тип соли зависит от соотношения реагентов: например, в избытке кислоты образуются кислые соли.
Условие: один из реагентов должен быть растворимым.

H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O (соотношение реагентов 1:2)
H2SO4 + KOH → KHSO4 + H2O (соотношение реагентов 1:1)

HCl + Cu(OH)2 → CuOHCl + H2O или
2HCl + Cu(OH)2 → CuCl2 + 2H2O

H2SiO3 + Cu(OH)2 → реакция не идет, так как и H2SiO3 и Cu(OH)2 нерастворимые.

4. Основания взаимодействуют с солями
Условие: 1) оба реагента должны быть растворимыми; 2) должен выпадать осадок или выделяться газ.

2NaOH + ZnCl2 → Zn(OH)2
+ 2NaCl
NaOH + NH4NO3 → NH3
+ NaNO3 + H2O

Cu(OH)2 + NaNO3 → реакция не идет, так как гидроксид меди (II) нерастворим.

5. Основания реагируют с кислотными оксидами. Если оксид в избытке образуется кислая соль:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2

6. Щелочи реагируют с амфотерными оксидами:

1) реакции в растворе:

ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)
BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)

2) реакции при сплавлении:

ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O (цинкат натрия)
BeO + 2NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)
Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O (метаалюминат натрия)

7. Щелочи реагируют с амфотерными гидроксидами:

1) реакции в растворе:

Zn(OH)2 + NaOH → Na2[Zn(OH)4]
Be(OH)2 + NaOH → Na2[Be(OH)4]
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

2) реакции при сплавлении:

Читайте также:  Электролиз расплавов с инертным анодом

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O (кислота: H2ZnO2)
Be(OH)2 + 2NaOH → Na2BeO2 + 2H2O (кислота: H2BeO2)
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (кислота: HAlO2)

8. Нерастворимые основания (а также Ca(OH)2 и LiOH) разлагаются при нагревании:

Ca(OH)2 → CaO + H2O
2LiOH → Li2O + H2O

Mg(OH)2 → MgO + H2O
Fe(OH)2 → FeO + H2O
Cu(OH)2 → CuO + H2O.

Растворы щелочей изменяют окраску индикатора

Гидроксид-ионы, которые содержатся в растворе щелочи, взаимодействуют с индикатором, образуя новые соединения. Признак реакции — окраска раствора.

Окраска индикаторов в различных средах

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щелочи вступают в реакцию с любыми кислотными оксидами. Нерастворимые основания взаимодействуют только с кислотными оксидами, которые соответствуют сильным кислотам.

Кислотный оксид + основание = соль + вода

Например: N2O5 + 2NaOH = 2NaNO3 + H2O

Взаимодействие с кислотами

Щелочи вступают в реакцию со всеми кислотами. Нерастворимые основания могут взаимодействовать только с сильными кислотами.

Основание + кислота = соль + вода

Например: Ba(OH)2 + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + 2H2O

Взаимодействие основания с кислотой называют реакцией нейтрализации — это частный случай реакции обмена.

Взаимодействие с солями

Основания взаимодействуют с растворимыми солями по обменному механизму. В результате такой реакции должен выделиться осадок или газ (CO2, SO2, NH3).

Основание + соль = другое основание + другая соль

Например: KOH + MgSO4 = Mg(OH)2↓ + K2SO4

Термическое разложение

Все нерастворимые основания при нагревании разлагаются по общей схеме:

Щелочи - что это такое, слабые и сильные, отличия щелочи от кислоты

Краткие выводы урока:

  1. Основания делятся на растворимые в воде (щелочи) и нерастворимые.
  2. Все основания реагируют с кислотами. Растворимые основания реагируют с кислотными оксидами и солями. Нерастворимые основания подвергаются термическому разложению.

Химический ожог щелочью

При использовании неразбавленных щелочей всегда стоит помнить, что они являются едкими веществами, которые при попадании на открытые участки тела вызывают покраснение, зуд, жжение, отек, в тяжелых случаях образуются пузыри. При длительном контакте такого опасного состава со слизистой органов зрения возможно наступление слепоты.

При химическом ожоге щелочью необходимо промыть пораженное место водой и очень слабым раствором кислоты — лимонной или уксусной. Даже незначительное количество едкой щелочи может вызвать обширное поражение кожи и ожог слизистых, поэтому с такими веществами стоит обращаться аккуратно и держать подальше от детей.

Применение

Физико-химические свойства оснований сделали их незаменимыми веществами во всех отраслях, использующих химические технологии:

  • в добыче полезных ископаемых и металлургии;
  • в производстве потребительских товаров, косметической, пищевой и фармацевтической продукции;
  • в производстве красителей, бытовой химии и удобрений;
  • в топливной и химической промышленности;
  • в строительстве и многих других областях.

Щелочи - что это такое, слабые и сильные, отличия щелочи от кислоты

Наиболее широко применяются щелочи, но и нерастворимые основания используются в производстве полимеров, в очистных сооружениях, в медицине, в электротехнике.

Кислоты и щелочи в нашем организме

Для переваривания пищи организм использует желудочный сок, в состав которого входят соляная кислота и различные ферменты. Иногда, особенно после переедания, мы можем почувствовать боль в желудке. Чаще всего для снятия неприятных ощущений достаточно принять антацидный, или противокислотный, препарат, основное действие которого направлено на нейтрализацию соляной кислоты в желудке. Как правило, все антациды — щелочи, и именно они нейтрализуют повышенную активность кислот.

Действие антацидных препаратов

Источники
  • https://SiteKid.ru/himiya/kisloty_cshelochi_i_osnovaniya_s_tochki_zreniya_himii.html
  • https://www.syl.ru/article/286750/new_scheloch-formula-svoystva-primenenie
  • https://obrazovaka.ru/himiya/osnovaniya-8-klass.html
  • https://skysmart.ru/articles/chemistry/osnovanie
  • https://did-you-know.ru/kisloty-i-shhyolochi/
  • https://chemrise.ru/theory/lessons11/inorganic9
  • https://himi4ka.ru/arhiv-urokov/urok-37-osnovanija.html
  • https://allinchemistry.ru/obshhaya-himiya/osnovaniya-v-himii

Ваша оценка?

Петр Иваныч
Петр Иваныч
Возможно этот человек ответит на ваши вопросы
Задать вопрос
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Всё о химии
Adblock
detector