Щёлочи

Щё́лочи (в рус. языке от слова «щёлок»; производное от того же корня, что и др.-исл. skola «стирать»[1]) — гидроксиды щелочных и некоторых других элементов, например, таллия. К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания. 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 исключения к щелочам относится гидроксид одновалентного таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является сильным основанием. «Едкие щёлочи» — тривиальное название гидроксидов лития LiOH, натрия NaOH, калия КОН, рубидия RbOH и цезия CsOH. Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки (вызывая сильные химические ожоги), бумагу и другие органические вещества.

Из-за очень большой химической активности щелочных металлов едкие щёлочи долгое время не удавалось разложить и они потому 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 решил, что едкие щёлочи — это уже окисленные сложные вещества. Однако подтвердить это удалось лишь Дэви в начале XIX века после применения им электрохимии[2].

Физические свойства

Гидроксиды щелочных металлов (едкие щёлочи) представляют собой твёрдые, белые, очень гигроскопичные вещества. Щёлочи — это сильные основания, очень хорошо растворимые в воде, причём реакция сопровождается значительным тепловыделением. Сила основания и растворимость в воде возрастает с увеличением радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самые сильные щёлочи — гидроксид цезия (поскольку из-за очень малого периода полураспада гидроксид франция не получен в макроскопических количествах) в группе Ia и гидроксид радия в группе IIa. Кроме того, едкие щёлочи растворимы в этаноле и метаноле.

Химические свойства

Щёлочи проявляют оснóвные свойства. В твёрдом состоянии все щёлочи поглощают H₂O, а также CO₂ (также и в состоянии раствора) из воздуха, постепенно превращаясь в карбонаты. Щёлочи широко применяются в промышленности.

Качественные реакции на щёлочи

Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.

Индикатор и номер перехода	х[3]	Интервал pH и номер перехода
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[4] [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

Реакция нейтрализации между гидроксидом натрия и соляной кислотой. Индикаторный агент бромтимоловый синий.

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

Щёлочь + Кислота → Соль + Вода

{\mathsf {NaOH+HCl\longrightarrow NaCl+H_{2}O}}

;

{\mathsf {NaOH+HNO_{3}\longrightarrow NaNO_{3}+H_{2}O}}

.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода

{\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}

;

Взаимодействие с амфотерными оксидами

{\mathsf {2KOH+ZnO{\xrightarrow {t^{o}C}}K_{2}ZnO_{2}+H_{2}O}}

.

Взаимодействие с переходными (амфотерными) металлами

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды ( ${\mathsf {Zn,Al}}$ и др). Уравнения этих реакций в упрощённом виде могут быть записаны следующим образом:

{\mathsf {Zn+2NaOH\longrightarrow Na_{2}ZnO_{2}+H_{2}\uparrow }}

;

{\mathsf {2Al+2KOH+2H_{2}O\longrightarrow 2KAlO_{2}+3H_{2}\uparrow }}

.

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

{\mathsf {Zn+2NaOH+2H_{2}O\longrightarrow Na_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}

;

{\mathsf {2Al+2KOH+6H_{2}O\longrightarrow 2K[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}

;

Взаимодействие с растворами солей

Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль:

Раствор щёлочи + Раствор соли → Новое основание + Новая соль

{\mathsf {2NaOH+CuSO_{4}\longrightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}

;

{\mathsf {Ba(OH)_{2}+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow 2NaOH+BaSO_{4}\downarrow }}

;

Получение

Растворимые основания получают различными способами.

Электролиз растворов солей щелочных/щёлочноземельных металлов

Путём электролиза хлоридов щелочных металлов или действием воды на оксиды щелочных металлов.

Применение

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 которой выше 7,3. Хотя кочанная капуста предпочитает именно щелочные почвы, они могут помешать другим растениям. Большинство растений предпочитает слабокислые почвы (с pH от 6,0 до 6,8)[5].

Примечания

Щёлок // Словарь Фасмера
А. С. Арсеньев. Анализ развивающегося понятия. М., «Наука», 1067. С. 332.
- Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание.
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.
Chambers's Encyclopaedia. — 1888.

Литература

Колотов С. С. Щёлочи // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Едкие щёлочи // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2. (CC BY-SA 3.0)

При написании этой статьи использовался материал из издания «Казахстан. Национальная энциклопедия» (1998—2007), предоставленного редакцией «Қазақ энциклопедиясы» по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] Щёлок // Словарь Фасмера

[2] А. С. Арсеньев. Анализ развивающегося понятия. М., «Наука», 1067. С. 332.

[3] Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание.

[4] Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание.

[4] 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.

[5] Chambers's Encyclopaedia. — 1888.