Щёлочи

Шаблон:Перенаправление Щёлочи (в рус. языке от слова «щёлок»; производное от того же корня, что и др.-исл. Шаблон:Lang-non2 «стирать»<ref>Щёлок Шаблон:Wayback // Словарь Фасмера</ref>) — гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов (кроме обладающего слабыми основными свойствами гидроксида магния, амфотерных гидроксидов бериллия и цинка — они практически нерастворимы в воде), таллия (гидроксид таллия(I) — является щелочью, несмотря на то что таллий это постпереходный металл, но гидроксид таллия(III) уже не является щелочью — это слабое основание, не растворимое в воде) и европия (гидроксид европия (ІІ)). К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания и гидроксид кальция (малорастворимое основание). При электролитической диссоциации щёлочи образуют анионы OH⁻ и катион металла.

К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп IA и IIA (начиная с кальция) периодической системы химических элементов, например NaOH (едкий натр), KOH (едкое кали), Ba(OH)₂ (едкий барий). В качестве исключений к щелочам относят гидроксид одновалентного таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является сильным основанием и гидроксид европия(II) Eu(OH)₂. «Едкие щёлочи» — тривиальное название гидроксидов металлов ІА и ІІА (начиная с кальция) группы. Название обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки (вызывая сильные химические ожоги), бумагу и другие органические вещества.

Из-за большой химической активности щелочных и щелочноземельных металлов молекулы щелочей прочны и едкие щёлочи долгое время не удавалось разложить на элементы, потому они 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 предположил, что едкие щёлочи — это уже окисленные сложные вещества. Однако подтвердить эту теорию удалось лишь Дэви в начале XIX века с применением им электрохимиических методов<ref>Арсеньев А. С. Анализ развивающегося понятия. Шаблон:М, «Наука», 1067. С. 332.</ref>.

Физические свойства

Гидроксиды щелочных металлов (едкие щёлочи) при обычных условиях представляют собой твёрдые, белые (кроме гидроксида цезия — он выглядит грязно-бежевым), очень гигроскопичные кристаллические вещества. Щёлочи — это сильные основания, почти все очень хорошо растворимые в воде (исключение - малорастворимый гидроксид кальция). Растворение в воде сопровождается значительным тепловыделением, из-за которого добавляемая вода может даже закипеть, с рабрызгиванием капель, это опасно.

Сила основания и растворимость в воде возрастает с увеличением радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самые сильные щёлочи — это гидроксид цезия (теоретически более сильной щелочью должен быть гидроксид франция, но из-за очень малого периода полураспада его соединения не получены в макроскопических количествах, достаточных для изучения химических свойств) в группе IА и гидроксид радия в группе IIА.

Кроме того, едкие щёлочи также растворимы в этаноле и метаноле.

Химические свойства

Щёлочи проявляют осно́вные свойства. В твёрдом состоянии многие щёлочи гигроскопичны H₂O и поглощают CO₂, также углекислый газ из воздуха поглощают растворы щелочей , постепенно превращаясь в растворы карбонатов.

Качественные реакции на щёлочи

Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.

Индикатор и номер перехода	х<ref>*Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание.</ref>	Интервал pH и номер перехода	Цвет щелочной формы
Метиловый фиолетовый		0,13-0,5 [I]		зелёный
Крезоловый красный [I]		0,2-1,8 [I]		жёлтый
Метиловый фиолетовый [II]		1,0-1,5 [II]		синий
Тимоловый синий [I]	К	1,2-2,8 [I]		жёлтый
Тропеолин 00	О	1,3-3,2		жёлтый
Метиловый фиолетовый [III]		2,0-3,0 [III]		фиолетовый
(Ди)метиловый жёлтый	О	3,0-4,0		жёлтый
Бромфеноловый синий	К	3,0-4,6		сине-фиолетовый
Конго красный		3,0-5,2		синий
Метиловый оранжевый	О	3,1-(4,0)4,4		(оранжево-)жёлтый
Бромкрезоловый зелёный	К	3,8-5,4		синий
Бромкрезоловый синий		3,8-5,4		синий
Лакмоид	К	4,0-6,4		синий
Метиловый красный	О	4,2(4,4)-6,2(6,3)		жёлтый
Хлорфеноловый красный	К	5,0-6,6		красный
Лакмус (азолитмин)		5,0-8,0 (4,5-8,3)		синий
Бромкрезоловый пурпурный	К	5,2-6,8(6,7)		ярко-красный
Бромтимоловый синий	К	6,0-7,6		синий
Нейтральный красный	О	6,8-8,0		янтарно-жёлтый
Феноловый красный	О	6,8-(8,0)8,4		ярко-красный
Крезоловый красный [II]	К	7,0(7,2)-8,8 [II]		тёмно-красный
α-Нафтолфталеин	К	7,3-8,7		синий
Тимоловый синий [II]	К	8,0-9,6 [II]		синий
Фенолфталеин<ref>Фенолфталеин в сильно щелочной среде обесцвечивается. В среде концентрированной серной кислоты также он даёт красную окраску, обусловленную строением катиона фенолфталеина, хотя и не такую интенсивную. Эти малоизвестные факты могут привести к ошибкам при определении реакции среды.</ref> [I]	К	8,2-10,0 [I]		малиново-красный
Тимолфталеин	К	9,3(9,4)-10,5(10,6)		синий
Ализариновый жёлтый ЖЖ	К	10,1-12,0		коричнево-жёлтый
Нильский голубой		10,1-11,1		красный
Диазофиолетовый		10,1-12,0		фиолетовый
Индигокармин		11,6-14,0		жёлтый
Epsilon Blue		11,6-13,0		тёмно-фиолетовый

Взаимодействие с кислотами

Файл:Neutralization reaction between sodium hydroxide and hydrochloric acid.jpg

Реакция нейтрализации между гидроксидом натрия и соляной кислотой. В качестве индикатора применён бромтимоловый синий.

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

Обобщённая реакция:

Щёлочь + Кислота → Соль + Вода.

Примеры реакций:

<chem>NaOH + HCl -> NaCl + H2O</chem>;

<chem>NaOH + HNO3 -> NaNO3 + H2O</chem>.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Обобщённая реакция:

Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода.

Пример реакции:

<chem>Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O</chem>.

Взаимодействие с амфотерными оксидами

<chem>2KOH{}+ ZnO ->[\ce{t^{~o}C}] K2ZnO2{}+ H2O</chem>.

Взаимодействие с металлами, проявляющими амфотерные свойства

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (<chem>Zn, Al</chem> и др). Примеры уравнений этих реакций при сплавлении реагентов:

<chem>Zn + 2 NaOH -> Na2ZnO2 + H2 ^</chem>;

<chem>2Al + 2 KOH + 2 H2O -> 2 KAlO2 + 3 H2 ^</chem>.

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

<chem>Zn + 2 NaOH + 2 H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^</chem>;

<chem>2 Al + 2 KOH + 6 H2O -> 2 K[Al(OH)4] + 3 H2 ^</chem>.

Взаимодействие с растворами солей

Растворы щелочей необратимо взаимодействуют с растворами солей, если образуется нерастворимый гидроксид или нерастворимая соль.

Обобщённая реакция:

Раствор щёлочи + Раствор соли → Новый гидроксид + Новая соль.

Примеры реакций:

<chem>2 NaOH{} + CuSO4 -> Cu(OH)2 v {}+ Na2SO4</chem>;

<chem>Ba(OH)2 + Na2SO4 -> 2 NaOH + BaSO4 v</chem>.

Получение

Растворимые основания получают различными способами.

Электролиз растворов солей щелочных/щёлочноземельных металлов

Путём электролиза хлоридов и бромидов щелочных металлов:

<chem>2 NaCl + 2 H2O -> 2 NaOH + Cl2 ^ + H2 ^ </chem>.

В лаборатории этот процесс проводят в вытяжном шкафу, так как выделяющийся хлор ядовит.

Реакция воды с Щелочными/Щёлочноземельными металлами

Реакцией воды с металлами IA группы и IIA группы, можно получить гидроксид и водород, который может самовоспламениться из-за высоких температур реакции:

<chem>2 Na + 2 H2O -> 2 NaOH + H2 ^</chem>.

Реакция воды с оксидами и пероксидами Щелочных/Щёлочноземельных металлов

Реакцией оксидов и пероксидов щелочных и щёлочноземельных металлов с водой можно получить основания, в случае пероксидов продукты реакции зависят от температуры проведения реакции:

<chem>Na2O2 + 2 H2O -> 2 NaOH + H2O2</chem>;

<chem>2 Na2O2{}+ 2 H2O ->[\ce{t~^oC}] 4 NaOH{}+ O2</chem>;

<chem>CaO + H2O -> Ca(OH)2</chem>.

Взаимодействие щелочей с солями щелочных/щёлочноземельных металлов В результате реакции щелочей с растворимыми солями образуется новая соль и щелочь. Для необратимости реакции, одним из конечных продуктов реакции обязательно должна быть нерастворимая соль, иначе образуется раствор свободных ионов.

<chem>3 LiOH + K3PO4 -> Li3PO4 + 3KOH</chem>.

Реакция соли щёлочноземельного металла, подвергаемого гидролизу

При реакции солей щелочных/щёлочноземельных металлов (подвергаемых гидролизу), образуется щёлочь и соответствующая аниону исходной соли кислота:

<chem>SrS{}+ H2O ->[\ce{t~^{o}C}] Sr(OH)2{}+ H2S</chem>.

Применение

Щёлочи широко применяются в промышленности: гидроксиды натрия и калия — в мыловарении и изготовлении чистящих средств, гидроксид кальция — в производстве строительных материалов.

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 водной суспензии которой выше 7,3. Большинство видов растений предпочитает слабокислые почвы (с pH от 6,0 до 6,8)<ref>Шаблон:Книга</ref>. Некоторые виды растений, например, кочанная капуста предпочитает щелочные почвы.

Литература

• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ
• Шаблон:Из КНЭ