Щёлочи

08.03.2021

Щёлочи (в русском языке происходит от слова «щёлок», возможно, производное от того же корня, что и др.-исл. «skola» — «стирать») — гидроксиды щелочных, щёлочноземельных металлов и некоторых других элементов, например, таллия. К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания. При диссоциации щёлочи образуют анионы OH− и катион металла.

К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп Iа и IIа (начиная с кальция) периодической системы, например NaOH (едкий натр), KOH (едкое кали), Ba(OH)2 (едкий барий). В качестве исключения можно отнести к щелочам гидроксид одновалентного таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является сильным основанием. Едкие щёлочи — тривиальное название гидроксидов лития LiOH, натрия NaOH, калия КОН, рубидия RbOH и цезия CsOH. Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки (вызывая сильные ожоги), бумагу и другие органические вещества.

Из-за очень большой химической активности щелочных металлов едкие щёлочи долгое время не удавалось разложить и они потому 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 решил, что едкие щёлочи — это уже окисленные сложные вещества. Однако подтвердить это удалось лишь Дэви в начале XIX века после применения им электрохимии.

Физические свойства

Гидроксиды щелочных металлов (едкие щёлочи) представляют собой твёрдые, белые, очень гигроскопичные вещества. Щёлочи — сильные основания, очень хорошо растворимые в воде, причём реакция сопровождается значительным тепловыделением. Сила основания и растворимость в воде возрастает с увеличением радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самые сильные щёлочи — гидроксид цезия (поскольку из-за очень малого периода полураспада гидроксид франция не получен в макроскопических количествах) в группе Ia и гидроксид радия в группе IIa. Кроме того, едкие щёлочи растворимы в этаноле и метаноле.

Химические свойства

Щёлочи проявляют основные свойства. В твёрдом состоянии все щёлочи поглощают H2O из воздуха, а также CO2 (также и в состоянии раствора) из воздуха, постепенно превращаясь в карбонаты. Щёлочи широко применяются в промышленности.

Качественные реакции на щёлочи

Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.

Взаимодействие с кислотами

Щёлочи, как основания, взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). Это одно из самых важных химических свойств щелочей.

Щёлочь + Кислота → Соль + Вода

N a O H + H C l ⟶ N a C l + H 2 O {displaystyle {mathsf {NaOH+HCllongrightarrow NaCl+H_{2}O}}} ; N a O H + H N O 3 ⟶ N a N O 3 + H 2 O {displaystyle {mathsf {NaOH+HNO_{3}longrightarrow NaNO_{3}+H_{2}O}}} .

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода

C a ( O H ) 2 + C O 2 ⟶ C a C O 3 ↓ + H 2 O {displaystyle {mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}longrightarrow CaCO_{3}downarrow +H_{2}O}}} ;

Взаимодействие с амфотерными оксидами

2 K O H + Z n O → t o C K 2 Z n O 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {2KOH+ZnO{xrightarrow {t^{o}C}}K_{2}ZnO_{2}+H_{2}O}}} .

Взаимодействие с переходными (амфотерными) металлами

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды ( Z n , A l {displaystyle {mathsf {Zn,Al}}} и др). Уравнения этих реакций в упрощённом виде могут быть записаны следующим образом:

Z n + 2 N a O H ⟶ N a 2 Z n O 2 + H 2 ↑ {displaystyle {mathsf {Zn+2NaOHlongrightarrow Na_{2}ZnO_{2}+H_{2}uparrow }}} ; 2 A l + 2 K O H + 2 H 2 O ⟶ 2 K A l O 2 + 3 H 2 ↑ {displaystyle {mathsf {2Al+2KOH+2H_{2}Olongrightarrow 2KAlO_{2}+3H_{2}uparrow }}} .

Реально в ходе этих реакций в растворах образуются гидроксокомплексы (продукты гидратации указанных выше солей):

Z n + 2 N a O H + 2 H 2 O ⟶ N a 2 [ Z n ( O H ) 4 ] + H 2 ↑ {displaystyle {mathsf {Zn+2NaOH+2H_{2}Olongrightarrow Na_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}uparrow }}} ; 2 A l + 2 K O H + 6 H 2 O ⟶ 2 K [ A l ( O H ) 4 ] + 3 H 2 ↑ {displaystyle {mathsf {2Al+2KOH+6H_{2}Olongrightarrow 2K[Al(OH)_{4}]+3H_{2}uparrow }}} ;

Взаимодействие с растворами солей

Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль:

Раствор щёлочи + Раствор соли → Новое основание + Новая соль

2 N a O H + C u S O 4 ⟶ C u ( O H ) 2 ↓ + N a 2 S O 4 {displaystyle {mathsf {2NaOH+CuSO_{4}longrightarrow Cu(OH)_{2}downarrow +Na_{2}SO_{4}}}} ; B a ( O H ) 2 + N a 2 S O 4 ⟶ 2 N a O H + B a S O 4 ↓ {displaystyle {mathsf {Ba(OH)_{2}+Na_{2}SO_{4}longrightarrow 2NaOH+BaSO_{4}downarrow }}} ;

Получение

Растворимые основания получают различными способами.

Электролиз растворов солей щелочных/щёлочноземельных металлов

Получают путём электролиза хлоридов щелочных металлов или действием воды на оксиды щелочных металлов.

Применение

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

Слабощелочная почва в почвоведении — это почва, водородный показатель которой выше 7,3. Хотя кочанная капуста предпочитает именно щелочные почвы, они могут помешать другим растениям. Большинство растений предпочитает слабокислые почвы (с pH от 6,0 до 6,8).