Химия – наука, изучающая различные реакции, протекающие в природе, а также взаимодействия одних соединений с другими. Основными веществами здесь являются кислоты и щелочи, реакции между которыми обычно называются нейтрализацией. Они приводят к образованию растворимой в воде соли.
Что такое щелочь
Гидроксиды щелочных (металлы первой группы главной (А) подгруппы в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева) и щелочноземельных (металлы второй группы главной (А) подгруппы, включая кальций) металлов, которые бурно взаимодействуют с водой и полностью в ней растворяются, называются щелочами. Так как они способны разрушать органический материал (кожу, древесину, бумагу), их называют едкими. Например, гидроксид калия (KOH) – едкий калий, бария (Ba(OH)2) – едкий барий и так далее.
Вам будет интересно:Где находится Рейкьявик: страна, координаты, описание
Физические свойства сильных оснований
Исходя из определения, что такое щелочь, можно добавить, что эти гидроксиды также представляют собой твердые гигроскопичные (способные поглощать из воздуха пары воды) вещества белого цвета. К самым сильным щелочам относятся гидроксиды цезия CsOH и радия Ra(OH)2. Реакции щелочей чаще всего сопровождаются выделением тепла (экзотермические). Также к физическим свойствам таких оснований можно отнести их способность растворяться в некоторых органических соединениях, например, в спиртах: метаноле и этаноле.
Химические свойства
Растворы щелочей способны вступать в различные реакции.
Сильные основания обладают способностью взаимодействовать с кислотными и амфотерными оксидами:
- KOH + SO3 = K2SO4 + H2O (SO3 – кислотный оксид);
- 2KOH + Al2O3 = 2KAlO2 + H2O (реакция сплавления, проходит при нагревании, где Al2O3 – амфотерный оксид);
- 2KOH + Al2O3 + 3H2O = 2K[Al(OH)4] (реакция проходит с образованием растворимой комплексной соли – тетрагидроксоалюмината калия).
При реагировании с амфотерными металлами (Zn, Al и прочие) также возможно образование как расплава, так и соответствующей комплексной соли. Причем обе реакции сопровождаются выделением газообразного водорода:
- 2KOH + 2Al = 2KAlO2 + H2;
- 2KOH + 2Al + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2.
Также щелочи способны реагировать с солями, в результате чего образуется другое основание и другая соль. Условием протекания реакции является то, что в результате одно из образовавшихся веществ должно быть не растворимо в воде:
NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2.
Как уже было упомянуто ранее, щелочи и кислоты вступают в реакцию нейтрализации, образуется соль и вода:
NaOH + HCl = NaCl + H2O.
Щелочи вступают в реакцию с другими основаниями только, если это гидроксиды амфотерных металлов:
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4].
Некоторые из них могут вступать во взаимодействие со многими органическими веществами: эфирами, амидами, многоатомными спиртами:
2C2H6O2 + 2NaOH = C2H4O2Na2 + 2H2O (продукт реакции – алкоголят натрия).
Как получают сильные основания
Щелочи получают разными способами как в промышленности, так и в лабораториях.
В промышленной индустрии существуют несколько методов получения щелочей: пиролиз, известковый, ферритный, электролиз, который делится на диафрагменный, мембранный и ртутный методы на жидких и твердых катодах.
Это электролиз растворов хлоридов натрия и калия, после чего на аноде и катоде выделяются хлор и водород, и получаются соответствующие гидроксиды:
- 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH;
- 2KCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2KOH.
При пиролизе в 1000 градусов на первом этапе происходит образование оксида натрия:
Na2CO3 = Na2O + CO2.
На втором этапе полученный охлажденный оксид растворяют в воде, в результате чего и получается необходимая щелочь:
Na2O + H2O = 2NaOH.
В лабораториях также применяется электролиз. Еще щелочи могут получиться путем воздействия на соответствующие металлы водой или взаимодействия солей этих металлов с другими основаниями, в результате чего получается необходимая щелочь и нерастворимый в воде второй продукт реакции – соль.
При взаимодействии цезия и воды получается гидроксид цезия и выделяется водород (реакция протекает даже при температуре -120 градусов):
2Cs + 2H2O = 2CsOH + H2.
В результате действия воды на оксид лития получается щелочь:
Li2O + 2H2O = 2LiOH + H2.
Применение
Опираясь на само определение того, что такое щелочь, можно понять, что они находят широкое применение не только в промышленности, но и в быту:
Меры предосторожности
Становится очевидным, что такие щелочи, как гидроксиды натрия, лития, калия, цезия и прочие, способны сильно повреждать и обжигать кожу и слизистые оболочки глаз даже при попадании туда мельчайших частиц соединения. Чтобы предотвратить это, необходимо носить защитные очки, резиновые перчатки, а также спецодежду, которая обработана специальными веществами, не позволяющими материалу взаимодействовать со щелочами.
