Основания

# Общая характеристика оснований

Французский химик Гийом Франсуа Руэль (1703-1770гг.) в 1754 году вводит термин «основание» и относит к соединениям данного класса любое вещество, способное при взаимодействии с кислотами образовывать соли. Значение этого термина неоднократно уточнялось впоследствии. Вот одно из определений, которым пользуются сейчас:

Основания — это сложные вещества, в состав которых входят металлы, соединённые с одной или несколькими гидроксогруппами OH^—

Общая химическая формула оснований:
$\mathrm{Me}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{\mathrm{y}}$
где «Me» — химический элемент металла, 
а «y» — индекс, численно совпадающий с валентностью металла

Электролитическая диссоциация молекул оснований:
$\mathrm{Me}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{\mathrm{y}}\rightleftarrows {\mathrm{Me}}^{\mathrm{y}+}+{\mathrm{yOH}}^{—}$
 

Основания относятся к электролитам (вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток).

С точки зрения теории электролитической диссоциации, основания — электролиты, которые, диссоциируя из отрицательно заряженных ионов образуют только гидроксид-ионы OH^—.

# Номенклатура оснований

Название основания состоит из слова «гидроксид» и названия металла в родительном падеже. Если у металла переменная валентность, то ее указывают римскими цифрами в скобках без пробела сразу же после названия металла. Примеры:

• Fe(OH)₂ — гидроксид железа (II);
• Fe(OH)₃ — гидроксид железа (III);
• NaOH — гидроксид натрия;
• Ca(OH)₂ — гидроксид кальция.

# Классификация оснований

1. По числу гидроксидных групп (OH) в молекуле. 
   Количество гидроксидных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и определяет кислотность основания. 
   Помните! Валентность гидроксидной группы (OH) равна I.
   Основания делятся на:
   — однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу: NaOH, KOH, LiOH, RbOH и пр.;
   — двукислотные, молекулы которых содержат две гидроксидных группы: Ca(OH)₂, Fe(OH)₂ и пр.;
   — трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидных группы: Ni(OH)₃, Bi(OH)₃ и пр.
   Двух- и трехкислотные основания называются многокислотными.
2. По растворимости в воде основания делятся на:
   — растворимые: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂;
   — нерастворимые: Cu(OH)₂, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ и др.
   Растворимые в воде основания называются щелочами.
3. По способности отщеплять гидроксо-группы (по степени диссоциации) основания делятся на:
   — сильные основания (α = 100 %): LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂;
   — слабые основания (α < 100 %): Mg(OH)₂, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Zn(OH)₂, NH₄OH и т.д. (большинство гидроксидов металлов).
   Сильные основания в водных растворах легко отдают свои гидроксо-группы, а слабые — нет. 
   Не путайте силу основания и его растворимость!
   Например, гидроксид кальция — сильное основание, хотя его растворимость в воде не большая. В данном случае сильным основанием (щелочью) мы называем ту часть гидроксида кальция, которая растворена в воде.
   Сила основания важна в реакциях со слабыми кислотами. Слабое основание и слабая кислота реагируют лишь в незначительной степени. И напротив, сильное основание легче реагирует с любой кислотой независимо от её силы.
   Например,
   2NH₄OH + H₂S = (NH₄)₂S + 2H₂O (слабое основание + слабая кислота = реакция протекает лишь в незначительной степени (мало продуктов реакции) )
   2NaOH + H₂S = Na₂S + 2H₂O (сильное основание + слабая кислота = продуктов реакции больше)

# Графические формулы оснований

В молекуле основания атом металла соединяется с атомами кислорода гидроксидных групп. Например:

# Физические свойства оснований

В нормальных условиях (температура 0°C и давление 101,3 кПа) все неорганические основания — твердые вещества (кроме гирдоксида аммония (нашатырный спирт) NH₄OH являющегося жидкостью).

# Цвет оснований

Основания, преимущественно, белого цвета. Вот краткая таблица окраса оснований.

# Растворимость оснований

По растворимости в воде основания делят на две группы: нерастворимые и растворимые в воде (щелочи). В свою очередь щёлочи делят на малорастворимые и хорошо растворимые в воде.

# Химические свойства оснований

Общие свойства оснований можно обьяснить наличием в их растворах анионов OH^—, которые образуются в результате электролитической диссоциации молекул оснований:

$\mathrm{Me}{\left(\mathrm{OH}\right)}_{\mathrm{y}}\rightleftarrows {\mathrm{Me}}^{\mathrm{y}+}+{\mathrm{yOH}}^{—}$

# I) Изменение окраски индикаторов

Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.
С индикатором взаимодействуют гидроксид-ионы OH^—, содержащиеся в растворе щёлочи, при этом протекает химическая реакция, признаком протекания которой является изменение окраски вещества. В результате образуется новый продукт.

Таблица действий оснований на индикаторы

Посмотрите видео как действуют щелочи на индикаторы:

# II) Взаимодействие с кислотами (реакции нейтрализации)

Основания взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды.

Реакции между кислотами и основаниями называются реакциями нейтрализации

Основание + Кислота = Соль + H₂O

Примеры реакций:

$\mathrm{KOH}+\mathrm{HCl}=\mathrm{KCl}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
OH^— + H⁺ = H₂O

$\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+2{\mathrm{HNO}}_3\rightleftarrows \mathrm{Fe}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
Fe(OH)₂ + 2H⁺ ⇄ Fe²⁺ + 2H₂O

# III) Взаимодействие с кислотными оксидами

Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами образуя соль и воду.

Щелочь + Кислотный оксид = Соль + H₂O

Примеры реакций:

$\mathrm{Ca}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{CO}}_2={\mathrm{CaCO}}_3\downarrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
Ca²⁺ + 2OH^— + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O
При помощи этой химической реакции можно доказать присутствие CO₂ — оксида углерода (IV):
при пропускании углекислого газа (CO₂) через известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция Ca(OH)₂) раствор мутнеет, 
поскольку выпадает осадок белого цвета — нерастворимый карбонат кальция (CaCO₃).

$6\mathrm{NaOH}+{\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5=2{\mathrm{Na}}_3{\mathrm{PO}}_4+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
Гидроксид натрия взаимодействует с оксидом фосфора (V) с образованием фосфата натрия и воды

# IV) Взаимодействие с растворами солей

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

Раствор щелочи + Раствор соли = Новое основание + Новая соль

Примеры реакций:

$2\mathrm{NaOH}+{\mathrm{CuSO}}_4=\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\downarrow +{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$
2OH^— + Cu²⁺ = Cu(OH)₂↓

$\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4=2\mathrm{NaOH}+{\mathrm{BaSO}}_4\downarrow$
Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓

# V) При нагревании разлагаются

Нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются на основный оксид и воду.

Нерастворимое основание =^t°= Основный оксид + H₂O

Примеры реакций:

$\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\stackrel{\mathrm{t}°}{=}\mathrm{CuO}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
$2\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3\stackrel{\mathrm{t}°}{=}{\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

# VI) Взаимодействие с металлами

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (Zn, Al и пр.). В упрощенном виде уравнение таких реакций можно записать так:

$\mathrm{Zn}+2\mathrm{NaOH}=\underset{\mathrm{цинкат} \mathrm{натрия}}{{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{ZnO}}_2}+ {\mathrm{H}}_2$↑
Zn⁰ + 2OH^—  =  ZnO₂^2- + H₂⁰↑

$2\mathrm{Al}+2\mathrm{KOH}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\underset{\mathrm{метаалюминат} \mathrm{калия}}{2{\mathrm{KAlO}}_2}+ 3{\mathrm{H}}_2$↑
2Al⁰ + 2OH^— + 2H₂O =  2AlO₂^- + 3H₂⁰↑

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

$\mathrm{Zn}+2\mathrm{NaOH}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}={\mathrm{Na}}_2\left(\mathrm{Zn}{\left(\mathrm{OH}\right)}_4\right)+{\mathrm{H}}_2\uparrow$
Na₂[Zn(OH)₄] — тетрагидроксоцинкат натрия

$2\mathrm{Al}+3\mathrm{KOH}+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2\mathrm{K}\left(\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_4\right)+3{\mathrm{H}}_2\uparrow$
2K[Al(OH)₄] — тетрагидроксоалюминат натрия

Основные химические свойства оснований в таблице:

# Получение оснований

Основания можно получить различными способами.

# Получение растворимых оснований

I) Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

Me + H₂O = Растворимое основание (щелочь) + H₂↑,
где Me — щелочные или щелочноземельные металлы

Примеры реакций:

$2\mathrm{Na}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2\mathrm{NaOH}+{\mathrm{H}}_2\uparrow$
$\mathrm{Ba}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 + {\mathrm{H}}_2\uparrow$

II) Взаимодействие оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой:

Примеры реакций:

${\mathrm{Na}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=2\mathrm{NaOH}$
$\mathrm{BaO}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}=\mathrm{Ba}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$
$\mathrm{CaO}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{Ca}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2$ 
(получение гидроксида кальция в промышленных условиях)

III) Путём электролиза в промышленности получают гидроксид натрия и гидроксид калия. Пропускают постоянный электрический ток через раствор хлорида натрия или хлорида калия.

Примеры реакций:

$2\mathrm{NaCl}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \stackrel{\mathrm{эл}.\mathrm{ток}}{\to } 2\mathrm{NaOH}+{\mathrm{H}}_2\uparrow +{\mathrm{Cl}}_2\uparrow$
$2\mathrm{KCl}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \stackrel{\mathrm{эл}.\mathrm{ток}}{\to } 2\mathrm{KOH}+{\mathrm{H}}_2\uparrow +{\mathrm{Cl}}_2\uparrow$
 

# Получение нерастворимых оснований

Получение нерастворимых оснований действием щелочей на растворимые соли металлов.

Раствор щелочи + Раствор соли = Нерастворимое основание + Соль

Примеры реакций:

$2\mathrm{NaOH}+{\mathrm{FeSO}}_4=\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\downarrow +{\mathrm{Na}}_2{\mathrm{SO}}_4$
Fe²⁺ + 2OH^— + 2H₂O =  Fe(OH)₂↓

${\mathrm{CuCl}}_2+2\mathrm{KOH}=\mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2\downarrow +2\mathrm{KCl}$

${\mathrm{FeCl}}_3+3\mathrm{NaOH}=\mathrm{Fe}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3\downarrow +3\mathrm{NaCl}$

# Применение оснований

Основания используются и в промышленности и в лабораториях и в быту. Наибольшее применение в жизни находят щёлочи.

# Гидроксид кальция

Тривиальное название — гашёная известь, или пушонка. 
Взвесь (суспензия) гидроксида кальция в воде называют известковым молоком, а прозрачный раствор этого вещества носит название известковой воды.

Гашёную известь с древних времён использовали в строительстве для приготовления скрепляющей смеси — известкового раствора.

При смешивании гашёной извести, песка и воды образуется медленно застывающая масса, которую в настоящее время (с некоторыми добавками) используют для оштукатуривания стен.

При застывании известкового раствора гидроксид кальция (щёлочь) взаимодействует с углекислым газом (кислотным оксидом), содержащимся в воздухе, в результате чего образуется твёрдая масса (искусственный камень):

$\mathrm{Ca}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{CO}}_2\to {\mathrm{CaCO}}_3\downarrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Известковое молоко применяют в производстве сахара, а также в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений.

# Гидроксид натрия

Тривиальные названия: едкий натр, каустическая сода.

Гидроксид натрия используют как во многих отраслях промышленности, так и для бытовых нужд.

Каустик используют при производстве целлюлозы, моющих средств (мыла, шампуней и других), в нефтепереработке, при производстве биодизельного топлива, для нейтрализации кислот. В быту гидроксид натрия используют в качестве основы некоторых средств для ликвидации засоров канализационных труб.

# Гидроксид калия

Тривиальное название — едкое кали.

Гидроксид калия используют в производстве моющих средств как сырьё для получения различных соединений калия, а также в качестве электролита в гальванических элементах (марганцо-цинковых «батарейках») и никель-кадмиевых аккумуляторах.

# Гидроксид магния

Гидроксид магния используется как компонент зубных паст, в медицине — как лекарственное средство для уменьшения кислотности желудочного сока и как слабительное, в промышленности — в качестве наполнителя при производстве пластмасс, а также как сырьё для получения оксида магния.

# Правила безопасности в обращении со щелочами

При попадании на кожу щелочь разъедает ее, а также слизистые ткани. При обращении со щелочами особенно следует беречь глаза, поскольку эти вещества вызывают необратимое разрушение зрительного нерва, следствием чего может быть полная потеря зрения.

Все работы со щелочами следует проводить в очках и пользуясь резиновыми перчатками.

Если щёлочь попала на поверхность тела, то поражённое место нужно тщательно промыть теплой проточной водой в течение 20-ти минут. Затем накрыть (обернуть) поврежденное место влажной чистой тканью.

Внимание!
Категорически недопустимо применять растворы кислот и щелочей для нейтрализации химического вещества на коже пострадавшего. 
(Комаровский Е.О. Справочник здравомыслящих родителей. Часть вторая. Неотложная помощь. — Харьков: Клиником, М.: Эксмо, 2010)

Если щёлочь попала в глаз, то нужно непрерывно промывать проточной водой не менее 35–40 минут и обратиться за медицинской помощью.