Ещё со школы нам известно, что основаниями называют соединения, где атомы металла связаны с одной или несколькими гидроксогруппами — KOH, Ca(OH) 2 и т. п. Однако понятие «основания» на самом деле шире, и существует две теории оснований — протонная (теория Брёнстеда — Лоури) и электронная (теория Льюиса). мы рассмотрим в отдельной статье, поэтому возьмём определение из теории Брёнстеда (далее в данной статье — только основания Брёнстеда): Основания (гидроксиды) — это вещества или частицы, способные принимать (отщеплять) протон от кислоты. Согласно такому определению, свойства основания зависят от свойств — например, вода или уксусная кислота ведут себя как основания в присутствии более сильных кислот:

H 2 SO 4 + H 2 O ⇄ HSO 4 — + H 3 O + (катион гидроксония)

H 2 SO 4 + CH 3 COOH ⇄ HSO 4 — + CH 3 COOH 2 +

Номенклатура оснований

Названия оснований образуются весьма просто — сначала идёт слово «гидроксид», а затем название металла, который входит в данное основание. Если металл имеет переменную валентность, это отражают в названии.

KOH — гидроксид калия
Ca(OH) 2 — гидроксид кальция
Fe(OH) 2 — гидроксид железа (II)
Fe(OH) 3 — гидроксид железа (III)

Существует также основание NH 4 OH (гидроксид аммония), где гидроксогруппа связана не с металлом, а катионом аммония NH 4 + .

Классификация оснований

Основания можно классифицировать по следующим признакам:

1. По растворимости основания делят на растворимые — щёлочи (NaOH, KOH) и нерастворимые основания (Ca(OH) 2 , Al(OH) 3).
2. По кислотности (количеству гидроксогрупп) основания делят на однокислотные (KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH 2), Al(OH) 3).
3. По химическим свойствам их делят на оснóвные (Ca(OH) 2 , NaOH) и амфотерные , то есть проявляющие как основные свойства, так и кислотные (Al(OH) 3 , Zn(OH) 2).
4. По силе (по степени диссоциации) различают:
   а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH) 2 , малорастворимый Ca(OH) 2 .
   б) слабые (α < 100 %) – все нерастворимые основания Cu(OH) 2 , Fe(OH) 3 и растворимое NH 4 OH.

Сила оснований

Для оснований можно количественно выразить их силу, то есть способность отщеплять протон от кислоты. Для этого используют константу основности K b — константу равновесия для реакции между основанием и кислотой, причём в качестве кислоты выступает вода. Чем выше значение константы основности, тем выше сила основания и тем сильнее его способность отщеплять протон. Также вместо самой константы часто используют показатель константы основности pK b . Например, для аммиака NH 3 имеем:

Получение

1. Взаимодействие активного металла с водой:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

Mg + 2H 2 O Mg(OH) 2 + H 2

1. Взаимодействие основных с водой (только для щелочных и щелочноземельных металлов):

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH,

CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 .

1. Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:

2NaCI + 4H 2 O 2NaOH + 2H 2 + CI 2

1. Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых оснований это единственный способ получения:

Na 2 SO 4 + Ba(OH) 2 → 2NaOH + BaSO 4

MgSO 4 + 2NaOH → Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4.

Физические свойства

Все основания являются твердыми веществами, имеющими различную окраску. В воде нерастворимы, кроме щелочей.

Внимание! Щёлочи являются очень едкими веществами. При попадании на кожу растворы щелочей вызывают сильные долгозаживающие ожоги, при попадании в глаза могут вызвать слепоту. При работе с ними следует соблюдать технику безопасности и пользоваться индивидуальными средствами защиты.

Внешний вид оснований. Слева направо: гидроксид натрия, гидроксид кальция, метагидроксид железа

Химические свойства

Химические свойства оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации обусловлены наличием в их растворах избытка свободных гидроксид – ионов ОН - .

1. Изменение цвета индикаторов:

фенолфталеин – малиновый

лакмус – синий

метиловый оранжевый – желтый

Фенолфталеин придаёт раствору щёлочи малиновую окраску

1. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

2KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2H 2 O,

растворимое

Mg(OH) 2 + 2HCI → MgCI 2 + 2H 2 O.

нерастворимое

1. Взаимодействие с кислотными :

2KOH + SO 3 → K 2 SO 4 + H 2 O

1. Взаимодействие с амфотерными и гидроксидами:

а) при плавлении:

2NaOH + AI 2 O 3 → 2NaAIO 2 + H 2 O,

NaOH + AI(OH) 3 → NaAIO 2 + 2H 2 O.

б) в растворе:

2NaOH + AI 2 O 3 +3H 2 O → 2Na,

NaOH + AI(OH) 3 → Na.

1. Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными металлами, кремнием и другими):

2NaOH + Zn + 2H 2 O → Na 2 + H 2

2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

1. Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:

2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4 ,

Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 + 2KOH.

1. Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:

Ca(OH) 2 → CaO + H 2 O,

Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O.

Знаете ли вы?

Органические молекулы, которые разлагаются в течение миллионов лет в отсутствие света и кислорода, сохраняют только свой углеводородный скелет. Сырая нефть, например, представляет собой смесь молекул, содержащих только углерод и водород, в то время как уголь включает некоторое количество других элементов. Хотя молекулы, присутствующие в угле и нефти, заметно отличаются по своей химической структуре, у них есть общая особенность: они не содержат функциональных групп!

Однокислотные (NaOH , КОН, NH 4 OH и др.);

Двухкислотные (Са(ОН) 2 , Cu(OH) 2 , Fe(OH) 2 ;

Трехкислотные (Ni(OH) 3 , Со(ОН) 3 , Мn(ОН) 3 .

Классификация по растворимости в воде и степени ионизации:

Растворимые в воде сильные основания,

например:

щелочи - гидроксиды щелочных и щелоч­ноземельных металлов LiOH - гидроксид лития, NaOH - гидроксид натрия (едкий натр), КОН - гадроксид калия (едкое кали), Ва(ОН) 2 - гидроксид бария;

Нерастворимые в воде сильные основания,

например:

Сu(ОН) 2 - гидроксид меди (II), Fe(OH) 2 - гидроксид железа (II), Ni(OH) 3 - гидроксид никеля (III).

Химические свойства

1. Действие на индикаторы

Лакмус - синий;

Метилоранж - жёлтый,

Фенолфталеин - малиновый.

2. Взаимодействие с кислотными оксидами

2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + H 2 O

KOH + CO 2 = KHCO 3

3. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации)

NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O; Cu(OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O

4. Обменная реакция с солями

Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 = 2KOH + BaSO 4

3KOH + Fe(NO 3) 3 = Fe(OH) 3 + 3KNO 3

5. Термический распад

Cu(OH) 2 t = CuO + H 2 O; 2 CuOH = Cu 2 O + Н 2 O

2Со(ОН) 3 = Со 2 O 3 + ЗН 2 O; 2АgОН = Аg 2 O + Н 2 O

6. Гидроксиды, в которых d-металлы имеют низкие с. о., способны окисляться кислоро­дом воздуха,

например:

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2Н 2 O = 4Fe(OH) 3

2Мn(OН) 2 + O 2 + 2Н 2 O = 2Мn(ОН) 4

7. Растворы щелочей взаимодействуют c амфотерными гидроксидами:

2КОН + Zn(OH) 2 = К 2

2КОН + Al 2 O 3 + ЗН 2 O = 2К

8. Растворы щелочей взаимодействуют с ме­таллами, образующими амфотерные оксиды игидроксиды (Zn , AI и др.),

например:

Zn + 2 NaOH +2Н 2 O = Na 2 + Н 2

2AI +2КOН + 6Н 2 O= 2КAl(ОН) 4 ] + 3H 2

9. В растворах щелочей некоторые неметаллы диспропорционируют,

например:

Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaCIO + Н 2 O

3S+ 6NaOH = 2Na 2 S+ Na 2 SO 3 + 3H 2 O

4P+ 3KOH + 3H 2 O = PH 3 + 3KH 2 PO 2

10. Растворимые основания широко использу­ются в реакциях щелочного гидролиза раз­личных органических соединений (галогенопроизводных углеводородов, сложных эфиров, жиров и др.),

например:

C 2 H 5 CI + NaOH = С 2 Н 5 ОН + NaCl

Способы получения щелочей и нерастворимых оснований

1. Реакции активных металлов (щелочных и щелочноземельных металлов) с водой:

2Na + 2H 2 O = 2 NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2

2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой:

BaO + H 2 O = Ba(OH) 2

3. Электролиз водных растворов солей:

2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2

CaCI 2 + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 +Н 2 + Cl 2

4. Осаждение из растворов соответствующих солей щелочами:

CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4

FeCI 3 + 3KOH = Fe(OH) 3 + 3KCI

а) получение оснований .

1) Общим методом получения оснований является реакция обмена, с помощью которой могут быть получены как нерастворимые, так и растворимые основания:

CuSO 4 + 2 КОН = Сu(ОН) 2  + K 2 SO 4 ,

К 2 СО 3 + Ва(ОН) 2 = 2КОН + ВаСО 3 .

При получении этим методом растворимых оснований в осадок выпадает нерастворимая соль.

2) Щелочи могут быть также получены взаимодействием щелочных и щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

2Li + 2Н 2 О = 2LiOH + H 2 ,

SrO + H 2 O = Sr(OH) 2 .

3) Щелочи в технике обычно получают электролизом водных растворов хлоридов:

б) химические свойства оснований .

1) Наиболее характерной реакцией оснований является их взаимодействие с кислотами - реакция нейтрализации. В нее вступают как щелочи, так и нерастворимые основания:

NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O,

Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 = СuSО 4 + 2 H 2 O .

2) Выше было показано, как щелочи взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами.

3) При взаимодействии щелочей с растворимыми солями образуется новая соль и новое основание. Такая реакция идет до конца только в том случае, когда хотя бы одно из полученных веществ выпадает в осадок.

FeCl 3 + 3 KOH = Fe(OH) 3  + 3 KCl

4) При нагревании большинство оснований, за исключением гидроксидов щелочных металлов, разлагаются на соответствующий оксид и воду:

2 Fе(ОН) 3 = Fе 2 О 3 + 3 Н 2 О,

Са(ОН) 2 = СаО + Н 2 О.

КИСЛОТЫ – сложные вещества, молекулы которых состоят из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка. Состав кислот может быть выражен общей формулой Н х А, где А – кислотный остаток. Атомы водорода в кислотах способны замещаться или обмениваться на атомы металлов, при этом образуются соли.

Если кислота содержит один такой атом водорода, то это одноосновная кислота (HCl - соляная, HNO 3 - азотная, HСlO - хлорноватистая, CH 3 COOH - уксусная); два атома водорода - двухосновные кислоты: H 2 SO 4 – серная, H 2 S - сероводородная; три атома водорода - трехосновные: H 3 PO 4 – ортофосфорная, H 3 AsO 4 – ортомышьяковая.

В зависимости от состава кислотного остатка кислоты подразделяют на бескислородные (H 2 S, HBr, HI) и кислородсодержащие (H 3 PO 4 , H 2 SO 3 , H 2 CrO 4). В молекулах кислородсодержащих кислот атомы водорода связаны через кислород с центральным атомом: Н – О – Э. Названия бескислородных кислот образуются из корня русского названия неметалла, соединительной гласной -о - и слова «водородная» (H 2 S – сероводородная). Названия кислородсодержащим кислотам дают так: если неметалл (реже металл), входящий в состав кислотного остатка, находится в высшей степени окисления, то к корню русского названия элемента добавляют суффиксы -н- , -ев-, или -ов- и далее окончание -ая- (H 2 SO 4 – серная, H 2 CrO 4 - хромовая). Если степень окисления центрального атома ниже, то используется суффикс -ист- (H 2 SO 3 – сернистая). Если неметалл образует ряд кислот, используют и другие суффиксы (HClO – хлорноватист ая, HClO 2­ – хлорист ая, HClO 3 – хлорноват ая, HClO 4 – хлорн ая).

С
точки зрения теории электролитической диссоциации, кислоты – электролиты, диссоциирующие в водном растворе с образованием в качестве катионов только ионов водорода:

Н х А хН + +А х-

Наличием Н + -ионов обусловлено изменение окраски индикаторов в растворах кислот: лакмус (красный), метилоранж (розовый).

Получение и свойства кислот

а) получение кислот .

1) Бескислородные кислоты могут быть получены при непосредственном соединении неметаллов с водородом и последующим растворением соответствующих газов в воде:

2) Кислородсодержащие кислоты нередко могут быть получены при взаимодействии кислотных оксидов с водой.

3) Как бескислородные, так и кислородсодержащие кислоты можно получить по реакциям обмена между солями и другими кислотами:

ВаВr 2 + H 2 SO 4 = ВаSО 4 + 2 HBr ,

CuSO 4 + H 2 S = H 2 SO 4 + CuS ,

FeS+ H 2 SO 4 (paзб.) = H 2 S + FeSO 4 ,

NaCl (тв.)+ Н 2 SO 4 (конц.) = HCl + NaHSO 4 ,

AgNO 3 + HCl = AgCl + HNO 3 ,

4) В ряде случаев для получения кислот могут быть использованы окислительно-восстановительные реакции:

3Р + 5НNО 3 + 2Н 2 О = 3Н 3 РO 4 + 5NO 

б) химические свойства кислот .

1) Кислоты взаимодействуют с основаниями и амфотерными гидроксидами. При этом практически нерастворимые кислоты (H 2 SiO 3 , H 3 BO 3) могут реагировать только с растворимыми щелочами.

H 2 SiO 3 +2NaOH=Na 2 SiO 3 +2H 2 O

2) Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами рассмотрено выше.

3) Взаимодействие кислот с солями – это обменная реакция с образованием соли и воды. Эта реакция идет до конца, если продуктом реакции является нерастворимое или летучее вещество, либо слабый электролит.

Ni 2 SiO 3 +2HCl=2NaCl+H 2 SiO 3

Na 2 CO 3 +H 2 SO 4 =Na 2 SO 4 +H 2 O+CO 2 

4) Взаимодействие кислот с металлами – окислительно-восстановительный процесс. Восстановитель – металл, окислитель – ионы водорода (кислоты-неокислители: HCl, HBr, HI, H 2 SO 4(разбавл), H 3 PO 4) или анион кислотного остатка (кислоты-окислители: H 2 SO 4(конц) , HNO 3­(конц и разб)). Продуктами реакции взаимодействия кислот-неокислителей с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода, являются соль и газообразный водород:

Zn+H 2 SO 4(разб) =ZnSO 4 +H 2 

Zn+2HCl=ZnCl 2 +H 2 

Кислоты окислители взаимодействуют почти со всеми металлами, включая и малоактивные (Cu, Hg, Ag), при этом образуются продукты восстановления аниона кислоты, соль и вода:

Сu + 2Н 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 + SO 2 + 2 Н 2 O,

Рb + 4НNО 3(конц) = Pb(NO 3) 2 +2NO 2 + 2Н 2 O

АМФОТЕРНЫЕ ГИДРОКСИДЫ проявляют кислотно-основную двойственность: с кислотами они реагируют как основания:

2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O,

а с основаниями – как кислоты:

Cr(OH) 3 + NaOH = Na (реакция протекает в растворе щелочи);

Сr(OH) 3 +NaOH =NaCrO 2 +2H 2 O (реакция протекает между твердыми веществами при сплавлении).

С сильными кислотами и основаниями амфотерные гидроксиды образуют соли.

Как и другие нерастворимые гидроксиды, амфотерные гидроксиды разлагаются при нагревании на оксид и воду:

Be(OH) 2 = BeO+H 2 O.

СОЛИ – ионные соединения, состоящие из катионов металлов (или аммония) и анионов кислотных остатков. Любую соль можно рассматривать как продукт реакции нейтрализации основания кислотой. В зависимости от того, в каком соотношении взяты кислота и основание, получаются соли: средние (ZnSO 4 , MgCl 2) – продукт полной нейтрализации основания кислотой, кислые (NaHCO 3 , KH 2 PO 4) – при избытке кислоты, основные (CuOHCl, AlOHSO 4) – при избытке основания.

Названия солей по международной номенклатуре образуют из двух слов: названия аниона кислоты в именительном падеже и катиона металла в родительном с указанием степени его окисления, если она переменная, римской цифрой в скобках. Например: Cr 2 (SO 4) 3 – сульфат хрома (III), AlCl 3 – хлорид алюминия. Названия кислых солей образуют добавлением слова гидро- или дигидро- (в зависимости от числа атомов водорода в гидроанионе): Ca(HCO 3) 2 – гидрокарбонат кальция, NaH 2 PO 4 - дигидрофосфат натрия. Названия основных солей образуют добавлением слова гидроксо- или дигидроксо- : (AlOH)Cl 2 – гидроксохлорид алюминия, 2 SO 4 - дигидроксосульфат хрома(III).

Получение и свойства солей

а) химические свойства солей .

1) Взаимодействие солей с металлами – окислительно-восстановительный процесс. При этом металл, стоящий левее в электрохимическом ряду напряжений, вытесняет последующие из растворов их солей:

Zn+CuSO 4 =ZnSO 4 +Cu

Щелочные и щелочноземельные металлы не используют для восстановления других металлов из водных растворов их солей, поскольку они взаимодействуют с водой, вытесняя водород:

2Na+2H 2 O=H 2 +2NaOH.

2) Взаимодействие солей с кислотами и щелочами было рассмотрено выше.

3) Взаимодействие солей между собой в растворе протекают необратимо лишь в том случае, если один из продуктов – малорастворимое вещество:

BaCl 2 +Na 2 SO 4 =BaSO 4 +2NaCl.

4) Гидролиз солей - обменное разложение некоторых солей водой. Гидролиз солей будет подробно рассмотрен в теме «электролитическая диссоциация».

б) способы получения солей .

В лабораторной практике обычно используют следующие способы получения солей, основанные на химических свойствах различных классов соединений и простых веществ:

1) Взаимодействие металлов с неметаллами:

Cu+Cl 2 =CuCl 2 ,

2) Взаимодействие металлов с растворами солей:

Fe+CuCl 2 =FeCl 2 +Cu.

3) Взаимодействие металлов с кислотами:

Fe+2HCl=FeCl 2 +H 2 .

4) Взаимодействие кислот с основаниями и амфотерными гидроксидами:

3HCl+Al(OH) 3 =AlCl 3 +3H 2 O.

5) Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами:

2HNO 3 +CuO=Cu(NO 3) 2 +2H 2 O.

6) Взаимодействие кислот с солями:

HCl+AgNO 3 =AgCl+HNO 3 .

7) Взаимодействие щелочей с солями в растворе:

3KOH+FeCl 3 =Fe(OH) 3 +3KCl.

8) Взаимодействие двух солей в растворе:

NaCl+AgNO 3 =NaNO 3 +AgCl.

9) Взаимодействие щелочей с кислотными и амфотерными оксидами:

Ca(OH) 2 +CO 2 =CaCO 3 +H 2 O.

10) Взаимодействие оксидов различного характера друг с другом:

CaO+CO 2 =CaCO 3 .

Соли встречаются в природе в виде минералов и горных пород, в растворенном состоянии в воде океанов и морей.