Знакомство с гидроксидами

Гидроксиды

Гидроксиды — это вещества, широко применяемые в повседневной жизни каждого из нас. Они играют важную роль во многих отраслях промышленности, являясь сырьем или полуфабрикатами в технологических процессах. Что стоит о них знать?

• состоят из катионов металлов (или аммониевой группы, NH₄⁺) и одной или нескольких гидроксильных групп;
• группа OH^— характерна для гидроксидов и придает им особые свойства;
• названия для каждого отдельного соединения образуются путем добавления к слову «гидроксид» названия элемента, входящего в его состав;
• гидроксиды находятся в твердом агрегатном состоянии;
• различают основные гидроксиды (реагируют с кислотами, не реагируют с основаниями, хорошо растворимы в воде, обладают высокой гигроскопичностью) и амфотерные гидроксиды (реагируют с основаниями и кислотами, слабо растворимы в воде, негигроскопичны);
• водорастворимые гидроксиды подвергаются электролитической диссоциации в воде.

Чем гидроксиды отличаются от оснований?

В химии основаниями называют все гидроксиды, растворимые в воде. Однако не все эти соединения легко взаимодействуют с молекулами воды. Гидроксиды натрия или калия хорошо растворимы, поэтому можно сказать, что они являются основаниями — основанием натрия и основанием калия соответственно. Иначе обстоит дело с гидроксидом железа (III) — Fe₂(OH)₃, который плохо растворим в воде и поэтому не может быть назван основанием. Аналогичная ситуация наблюдается с гидроксидами меди (II) или серебра, поскольку эти соединения выпадают в водных растворах в виде осадков. Растворимость каждого конкретного гидроксида можно проверить по таблице растворимости солей и гидроксидов.

Стоит помнить, что не каждый гидроксид является основанием, но каждое основание является гидроксидом.

Все гидроксиды металлов из I группы периодической таблицы элементов (так называемые щелочные металлы) и нескольких металлов из II группы (кальций, стронций, барий) являются основаниями. Исключением является аммониевое основание, которое является единственным основанием, не содержащим атом металла в молекуле.

Основания как химические соединения очень хорошо растворимы в воде и подвергаются в водных растворах электролитической диссоциации, распадаясь на катионы и анионы. Образовавшиеся ионы обладают способностью проводить электричество. Поэтому основания одновременно являются электролитами.

Разложение гидроксидов на ионы влияет также на их «щелочной характер». Присутствие основания в водном растворе увеличивает его pH, т. е. концентрацию гидроксильных ионов OH^—. Количество этих анионов можно определить путем измерения pH исследуемого раствора с помощью подходящего ионоселективного электрода. В качестве альтернативы значение pH можно оценить визуально, добавив в раствор подходящий индикатор или окунув в него универсальную бумагу, которая в присутствии щелочей окрасится в зеленый или темно-синий цвет. Наиболее распространенным индикатором для определения наличия щелочей является фенолфталеин — в водных растворах гидроксидов он окрашивается в характерный малиновый цвет.

Гидроксид натрия

Наиболее часто применяемым гидроксидом является гидроксид натрия с краткой формулой NaOH. Он доступен в продаже в виде таблеток или гранул. Его не следует хранить в стеклянных сосудах, особенно с пробкой. Для этого предназначены полиэтиленовые контейнеры. Он очень хорошо растворяется в воде (процесс сильно экзотермичен) и поэтому классифицируется как сильное основание. При работе с NaOH из-за его коррозийного характера необходимо соблюдать особую осторожность.

В лабораторных условиях NaOH получают путем реакции натрия (металла) с водой. При добавлении натрия в мензурку с водой и фенолфталеином (индикатор) появляется малиновый цвет, что указывает на присутствие ионов OH^—. Одновременно будет выделяться водород. В промышленности гидроксид натрия (каустическая сода) получают путем электролиза водного раствора хлорида натрия. В этом процессе на аноде выделяется хлор, а на катоде образуется гидроксид натрия. Другим промышленным способом получения этого основания является так называемый ртутный метод. Амальгама натрия и ртуть, выделяемая на ртутном катоде, помещается непосредственно в резервуар с водой.

Гидроксид натрия играет существенную роль в промышленности. Это важный химический реактив, ежедневно применяемый в лабораториях. В качестве одного из компонентов он применяется при производстве пластмасс, резины, бумаги и чистящих средств. Он применяется также и в нефтепереработке.

Гидроксид кальция

По сравнению с NaOH, гидроксид кальция с формулой Ca(OH)₂ имеет две гидроксильные группы. Он гораздо хуже растворяется в воде — насыщенный водный раствор этого соединения называется известковой водой (он окрашивает фенолфталеин в малиновый цвет, вызывая щелочную реакцию). Известковая вода обычно применяется для обнаружения присутствия оксида углерода (IV) (так называемое помутнение известковой воды).

В лабораторных условиях также можно получить путем реакции извести с водой. Однако проходит она в гораздо более мягкой форме. В промышленных масштабах гидроксид кальция образуется в экзотермическом процессе, называемом гашением извести.

В основном гидроксид кальция применяется в строительстве, где он входит в состав известкового раствора. Он также применяется при производстве удобрений. В сахарном производстве это соединение применяется для очистки свекольного сока. Благодаря своей химической природе Ca(OH)₂ применяется для дезинфекции.

Примеры других гидроксидов

Помимо гидроксидов натрия или кальция, большое значение имеют также комбинации гидроксильной группы с другими металлами.

Гидроксид калия очень похож на NaOH как по своей структуре, так и по свойствам. Это тоже сильное основание. Оно бурно реагирует с водой и очень гигроскопично.

Гидроксиды магния и алюминия (Mg(OH)₂ и Al₂(OH)₃ можно применять в качестве средств для лечения повышенной кислотности желудка. Кроме того, гидроксид магния входит в состав большинства зубных паст.

Гидроксид железа (III) является одним из субстратов, применяемых в производстве пигментов. Он также применяется в процессах очистки сточных вод.