Poznajemy wodorotlenki

Wodorotlenki

Wodorotlenki są substancjami o powszechnym zastosowaniu w codziennym życiu każdego z nas. Odgrywają istotną role w wielu gałęziach przemysłu, jako surowce czy półprodukty w procesach. Co warto o nich wiedzieć?

• zbudowane są z kationów metali (lub grupy amonowej, NH₄⁺) oraz jednej lub kilku grup wodorotlenowych;
• grupa OH^– jest charakterystyczna dla wodorotlenków i nadaje im szczególne właściwości;
• nazwy dla poszczególnych związków tworzy się przez dodanie do słowa „wodorotlenek” nazwy pierwiastka wchodzącego w jego skład;
• wodorotlenki występują w stałym stanie skupienia;
• wyróżnia się wodorotlenki zasadowe (reagują z kwasami, nie reagują z zasadami, są dobrze rozpuszczalne w wodzie, charakteryzują się wysoką higroskopijnością) oraz amfoteryczne (reagują z zasadami oraz kwasami, słabo rozpuszczają się w wodzie, są niehigroskopijne);
• wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie ulegają w niej dysocjacji elektrolitycznej.

Czym wodorotlenki różnią się od zasad?

W chemii zasadami nazywa się wszystkie wodorotlenki, które są rozpuszczalne w wodzie. Jednak nie wszystkie z tych związków chętnie oddziaływują z cząsteczkami wody. Wodorotlenek sodu czy potasu są bardzo dobrze rozpuszczalne, zatem można o nich powiedzieć, że są zasadami – odpowiednio zasadą sodową i zasadą potasową. Inaczej jest w przypadku wodorotlenku żelaza (III) – Fe₂(OH)₃, który słabo rozpuszcza się w wodzie, przez co nie można go nazwać zasadą. Podobna sytuacja jest w przypadku wodorotlenków miedzi (II) czy srebra, ponieważ związki te wytrącają się z roztworów wodnych w postaci osadów. Rozpuszczalność poszczególnych wodorotlenków można sprawdzić w tablicy rozpuszczalności soli i wodorotlenków.

Warto zapamiętać, że nie każdy wodorotlenek jest zasadą, ale każda zasada jest wodorotlenkiem.

Zasadami są wszystkie wodorotlenki metali z I grupy układu okresowego pierwiastków (tzw. litowce) oraz kilku metali z II grupy (wapnia, strontu, baru). Wyjątkiem jest zasada amonowa, która jest jedyną zasadą nie zawierającą w cząsteczce atomu metalu.

Zasady jako związki chemiczne są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, ulegają w roztworach wodnych dysocjacji elektrolitycznej rozpadając się na kationy i aniony. Powstałe jony posiadają zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego. Więc zasady są jednocześnie elektrolitami.

Rozpad wodorotlenków na jony wpływa także na ich „zasadowy charakter”. Obecność zasady w roztworze wodnym podwyższa jego pH, czyli stężenie jonów wodorotlenowych OH^–. Ilość tych anionów można wyznaczyć dokonując pomiaru pH badanego roztworu za pomocą odpowiedniej elektrody jonoselektywnej. Można także w sposób wizualny dokonać oceny wartości pH przez dodanie do roztworu odpowiedniego wskaźnika lub zanurzenie papierka uniwersalnego, który w obecności zasad zabarwi się na zielono lub granatowo. Najpopularniejszym wskaźnikiem do wykrywania obecności zasad jest fenoloftaleina – w wodnych roztworach wodorotlenków zabarwia się na charakterystyczny, malinowy kolor.

Wodorotlenek sodu

Najpowszechniej wykorzystywanym wodorotlenkiem jest wodorotlenek sodu o wzorze sumarycznym NaOH. W handlu dostępny jest w postaci pastylek lub granulek. Nie należy przechowywać go w naczyniach szklanych, szczególnie  z korkiem. Dedykowane do tego są pojemniki polietylenowe. Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie (proces ten jest silnie egzotermiczny), przez co zaliczany jest do silnych zasad. Pracując z NaOH należy zachować szczególną ostrożność ze względu na jego żrący charakter.

Na skale laboratoryjną, NaOH jest otrzymywany w reakcji sodu (metalu) z wodą. Gdy do zlewki z wodą i fenoloftaleiną (wskaźnik) doda się sód, powstanie malinowe zabarwienie oznaczające obecność jonów OH^–. Jednocześnie zostanie uwolniony wodór. W przemyśle wodorotlenek sodu (soda kaustyczna) otrzymuje się w procesie elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. W procesie tym na anodzie wydziela się chlor, a wokół katody  powstaje wodorotlenek sodu. Innym przemysłowym sposobem na otrzymywanie tej zasady jest tzw. metoda rtęciowa. Wydzielający się na katodzie rtęciowej amalgamat sodu i rtęć jest umieszczany bezpośrednio  w zbiorniku zawierającym wodę.

Wodorotlenek sodu pełni istotną role w przemyśle. Jest ważnym odczynnikiem chemicznym stosowanym na co dzień w laboratoriach. Jako jeden z komponentów, wykorzystywany jest do produkcji tworzyw sztucznych, gumy, papieru czy środków czystości. Znalazł zastosowanie również w przetwórstwie ropy naftowej.

Wodorotlenek wapnia

W porównaniu do NaOH, wodorotlenek wapnia o wzorze Ca(OH)₂ posiada dwie grupy wodorotlenowe. Znacznie słabiej rozpuszcza się w wodzie – nasycony, wodny roztwór tego związku nazywany jest wodą wapienną (zabarwia fenoloftaleinę na malinowo, powstanie odczynu zasadowego). Woda wapienna powszechnie jest wykorzystywana do wykrywania obecności tlenku węgla (IV) (tzw. mętnienie wody wapiennej).

W warunkach laboratoryjnych również może być otrzymywany w reakcji z wapnia z wodą. Jednak przebiega ona w znacznie łagodniej. Wodorotlenek wapnia na skale przemysłową powstaje w egzotermicznym procesie nazywanym gaszeniem wapna.

Główną branżą wykorzystującą wodorotlenek wapnia jest budownictwo, gdzie stanowi składnik zaprawy wapiennej. Wykorzystywany jest również do produkcji nawozów sztucznych. Podczas produkcji cukru, związek ten służy do oczyszczania soku buraczanego. Ze względu na charakter chemiczny, Ca(OH)₂ używa się do dezynfekcji.

Przykłady innych wodorotlenków

Poza wodorotlenkami sodu czy wapnia, duże znaczenie mają także połączenia grupy wodorotlenowej z innymi metalami.

Wodorotlenek potasu zarówno swoją budową jak i właściwościami jest bardzo podobny do NaOH. Również jest silną zasadą. Gwałtownie reaguje z wodą oraz wykazuje dużą higroskopijność.

Zarówno wodorotlenki magnezu i glinu (Mg(OH)₂ oraz Al₂(OH)₃) można stosować jako leki przeciw nadkwasocie żołądka. Ponadto wodorotlenek magnezu znajduje się w składzie większości past do zębów.

Wodorotlenek żelaza (III) jest jednym z substratów wykorzystywanych do produkcji pigmentów. Stosowany jest także w procesach oczyszczania ścieków.