Гидроксид — химическое понятие¶
Гидроксид — это химическое соединение, содержащее гидроксильную группу −OH, связанную с атомом металла или другого электроотрицательного элемента. В неорганической химии под гидроксидами обычно понимают основания — соединения, в которых гидроксильная группа выступает в роли аниона OH⁻. Общая формула гидроксида металла записывается как M(OH)ₙ, где M — металл, а n — валентность металла.
¶Строение и тип связи
Гидроксид состоит из катиона металла и гидроксильного аниона. Связь между ними может иметь различный характер: у щелочных и щёлочноземельных металлов преобладает ионная связь, тогда как в гидроксидах переходных металлов заметную роль играет ковалентный компонент. Группа −OH состоит из атома кислорода, связанного с атомом водорода одной полярной ковалентной связью; именно полярность этой связи обусловливает способность гидроксидов отдавать гидроксильные ионы в растворе.
¶Классификация
Гидроксиды подразделяются на несколько групп по характеру поведения в растворах:
- Сильные основания (щёлочи) — полностью диссоциируют на катион металла и OH⁻. К ним относятся гидроксиды щелочных металлов: гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид лития LiOH, а также гидроксиды щёлочноземельных металлов: гидроксид кальция Ca(OH)₂, гидроксид бария Ba(OH)₂.
- Слабые основания — недиссоциированная форма преобладает в растворе. Примеры: гидроксид аммония NH₄OH, гидроксид магния Mg(OH)₂, гидроксид железа(II) Fe(OH)₂.
- Амфотерные гидроксиды — проявляют одновременно кислотные и основные свойства, реагируя и с кислотами, и со щелочами. Типичные примеры: гидроксид алюминия Al(OH)₃, гидроксид цинка Zn(OH)₂, гидроксид хрома(III) Cr(OH)₃, гидроксид олова(II) Sn(OH)₂.
- Кислотные гидроксиды (оксиды-кислотные ангидриды) — образуются неметаллами и в растворах ведут себя как кислоты. Формально к этой группе относят соединения вида HₙEOₘ, например серную кислоту H₂SO₄, рассматриваемую как гидроксид серы S(OH)₆ (в школьной номенклатуре).
¶Основные химические свойства
Гидроксиды взаимодействуют с кислотами в реакциях нейтрализации с образованием соли и воды:
NaOH + HCl → NaCl + H₂O
С кислотными оксидами щелочи образуют соли:
2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O
Амфотерные гидроксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами:
Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O
При нагревании гидроксиды переходных металлов разлагаются до оксида и воды:
Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (при нагревании) 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O (при прокаливании)
Щёлочи и некоторые другие гидроксиды в растворе диссоциируют:
NaOH → Na⁺ + OH⁻
Именно концентрация гидроксильных ионов определяет щелочную среду и величину pH раствора.
¶Получение
Основные методы получения гидроксидов:
- Взаимодействие активных металлов с водой: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. Реакция применима для щелочных металлов; щёлочноземельные металлы реагируют медленнее.
- Обменная реакция между растворимой щелочью и солью: Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaOH. Этот способ исторически лежит в основе «содового» производства.
- Электролиз растворов солей (метод получения NaOH и KOH в промышленности).
- Растворение основных оксидов в воде: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
¶Применение
Гидроксиды широко используются в промышленности и быту:
- Гидроксид натрия (едкий натр, едкая щёлочь) — производство мыла, целлюлозы, бумаги, очистка сточных вод, нефтепереработка.
- Гидроксид калия (едкое кали) — производство мягких мыл, щелочных аккумуляторов, удобрений.
- Гидроксид кальция (гашёная известь) — строительные растворы, дезинфекция почв, производство цемента.
- Гидроксид алюминия — сырьё для получения металлического алюминия, огнеупорные материалы, компонент антацидных препаратов.
- Гидроксид магния — антациды, добавка в пищевые продукты (Е528), огнестойкие материалы.
- Гидроксид железа(III) — пигменты, катализаторы, компонент аккумуляторных паст.
¶Безопасность
Щелочные гидроксиды — агрессивные вещества. NaOH и KOH вызывают химические ожоги кожи и слизистых оболочек, разрушают ткани. При работе с ними применяют средства индивидуальной защиты: перчатки, очки, фартуки. При попадании на кожу поражённый участок промывают большим количеством воды, затем слабым раствором борной или уксусной кислоты.
¶Историческая справка
Понятие «щёлочь» восходит к арабскому al-qalyah — «растительный остаток», поскольку древние мастера получали щелочные растворы вымачиванием золы растений. В XVIII веке К. В. Шееле и Ж. Фуркруа показали, что щелочи представляют собой отдельный класс веществ, отличающихся от кислот. Термин «гидроксид» закрепился в химической номенклатуре XIX века после развития теории электролитической диссоциации С. Аррениуса.
Источники:
- Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы
- Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. 9 класс
- Лидин Р. А. Неорганическая химия: теория, законы, таблицы
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона