Щёлочи (в рус. языке от слова «щёлок»; производное от того же корня, что и др.-исл. «стирать»Щёлок // Словарь Фасмера) — 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 методовАрсеньев А. С. Анализ развивающегося понятия. , «Наука», 1067. С. 332..
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.
{| class="wikitable" BORDER="1" CELLSPACING=0 WIDTH=100% cellpadding=1 !Индикатори номер перехода !х*Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание. !Интервал pHи номер перехода ! colspan="2" |Цветщелочной формы |- |Метиловый фиолетовый | |0,13-0,5 [I] |bgcolor="#90EE90" WIDTH="3%"| |зелёный |- |Крезоловый красный [I] | |0,2-1,8 [I] |bgcolor="#FFFF00"| |жёлтый |- |Метиловый фиолетовый [II] | |1,0-1,5 [II] |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Тимоловый синий [I] |К |1,2-2,8 [I] |bgcolor="#FFFF00"| |жёлтый |- |Тропеолин 00 |О |1,3-3,2 |bgcolor="#FFFF00"| |жёлтый |- |Метиловый фиолетовый [III] | |2,0-3,0 [III] |bgcolor="#EE82EE "| |фиолетовый |- |(Ди)метиловый жёлтый |О |3,0-4,0 |bgcolor="#FFFF00"| |жёлтый |- |Бромфеноловый синий |К |3,0-4,6 |bgcolor="#0000FF"| |сине-фиолетовый |- |Конго красный | |3,0-5,2 |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Метиловый оранжевый |О |3,1-(4,0)4,4 |bgcolor="#FFCC00"| |(оранжево-)жёлтый |- |Бромкрезоловый зелёный |К |3,8-5,4
|синий |- |Бромкрезоловый синий | |3,8-5,4 |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Лакмоид |К |4,0-6,4 |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Метиловый красный |О |4,2(4,4)-6,2(6,3) |bgcolor="#FFFF00"| |жёлтый |- |Хлорфеноловый красный |К |5,0-6,6 |bgcolor="#FF0000"| |красный |- |Лакмус (азолитмин) | |5,0-8,0 (4,5-8,3) |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Бромкрезоловый пурпурный |К |5,2-6,8(6,7) |bgcolor="#FF0000"| |ярко-красный |- |Бромтимоловый синий |К |6,0-7,6 |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Нейтральный красный |О |6,8-8,0 |bgcolor="#FFFF00"| |янтарно-жёлтый |- |Феноловый красный |О |6,8-(8,0)8,4 |bgcolor="#FF0000"| |ярко-красный |- |Крезоловый красный [II] |К |7,0(7,2)-8,8 [II] |bgcolor="#8B0000"| |тёмно-красный |- |α-Нафтолфталеин |К |7,3-8,7 |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Тимоловый синий [II] |К |8,0-9,6 [II] |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |ФенолфталеинФенолфталеин 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. [I] |К |8,2-10,0 [I] |bgcolor="#FF0066"| |малиново-красный |- |Тимолфталеин |К |9,3(9,4)-10,5(10,6) |bgcolor="#0000FF"| |синий |- |Ализариновый жёлтый ЖЖ |К |10,1-12,0 |bgcolor="#CC6600"| |коричнево-жёлтый |- |Нильский голубой | |10,1-11,1 |bgcolor="#FF0000"| |красный |- |Диазофиолетовый | |10,1-12,0 |bgcolor="#EE82EE"| |фиолетовый |- |Индигокармин | |11,6-14,0 |bgcolor="#FFFF00"| |жёлтый |- |Epsilon Blue | |11,6-13,0 |bgcolor="#990099"| |тёмно-фиолетовый
Взаимодействие с кислотами
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: NaOH + HCl -> NaCl + H2O; NaOH + HNO3 -> NaNO3 + H2O.
Взаимодействие с кислотными оксидами Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:
Обобщённая реакция: Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода.
Пример реакции: Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O.
Взаимодействие с амфотерными оксидами 2KOH{}+ ZnO ->[\ce{t^{~o}C}] K2ZnO2{}+ H2O.
Взаимодействие с металлами, проявляющими амфотерные свойства Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (Zn, Al и др). Примеры уравнений этих реакций при сплавлении реагентов: Zn + 2 NaOH -> Na2ZnO2 + H2 ^; 2Al + 2 KOH + 2 H2O -> 2 KAlO2 + 3 H2 ^.
В ходе этих же реакций в растворах образуются гидроксокомплексы (продукты гидратации указанных выше солей):
Zn + 2 NaOH + 2 H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^; 2 Al + 2 KOH + 6 H2O -> 2 K[Al(OH)4] + 3 H2 ^.
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: 2 NaOH{} + CuSO4 -> Cu(OH)2 v {}+ Na2SO4; Ba(OH)2 + Na2SO4 -> 2 NaOH + BaSO4 v.
Получение Растворимые основания получают различными способами.
Электролиз растворов солей щелочных/щёлочноземельных металлов Путём электролиза хлоридов и бромидов щелочных металлов:
2 NaCl + 2 H2O -> 2 NaOH + Cl2 ^ + H2 ^ .
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:
2 Na + 2 H2O -> 2 NaOH + H2 ^.
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:
Na2O2 + 2 H2O -> 2 NaOH + H2O2; 2 Na2O2{}+ 2 H2O ->[\ce{t~^oC}] 4 NaOH{}+ O2; CaO + H2O -> Ca(OH)2.
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.
3 LiOH + K3PO4 -> Li3PO4 + 3KOH.
Реакция соли щёлочноземельного металла, подвергаемого гидролизу
При реакции солей щелочных/щёлочноземельных металлов (подвергаемых гидролизу), образуется щёлочь и соответствующая аниону исходной соли кислота:
SrS{}+ H2O ->[\ce{t~^{o}C}] Sr(OH)2{}+ H2S.
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). Некоторые виды растений, например, кочанная капуста предпочитает щелочные почвы.
Примечания
Литература