"Химия (базовый уровень)", Габриелян О.С., Остороумов И.Г., Сладков С.А.
Основания — сложные вещества, состоящие из катионов металла и гидроксид-ионов OH⁻. Их общая формула — M(OH)n, где n связан с зарядом катиона металла. Растворимые основания называют щелочами: в воде они распадаются на ионы и изменяют окраску индикаторов. Основания реагируют с кислотами, некоторыми оксидами и солями, а многие нерастворимые гидроксиды при нагревании разлагаются.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Основание — сложное вещество, состоящее из катиона металла и одного или нескольких гидроксид-ионов OH⁻. Общая формула оснований — M(OH)n, где M — металл, а n показывает число групп OH⁻. Это определение помогает отличить основания от кислот, оксидов и солей.
Щёлочь — основание, растворимое в воде. К щелочам относятся, например, NaOH и KOH, тогда как Cu(OH)₂ и Fe(OH)₃ в воде практически не растворяются. Именно растворимость позволяет разделить основания на щёлочи и нерастворимые основания.
Гидроксид-ион — отрицательно заряженный ион OH⁻, образующийся при диссоциации растворимого основания. Он определяет общие свойства щелочных растворов, в том числе их действие на индикаторы. Не следует путать ион OH⁻ с гидроксильной группой как частью формулы нерастворимого вещества.
Названия оснований образуют от названия металла и слова «гидроксид»: гидроксид натрия, гидроксид меди(II). Если металл имеет несколько степеней окисления, её указывают римской цифрой в скобках. Например, Fe(OH)₂ — гидроксид железа(II), а Fe(OH)₃ — гидроксид железа(III).
Число гидроксид-групп определяется зарядом катиона металла, потому что формула вещества должна быть электрически нейтральной. Ион Ca²⁺ имеет заряд +2, а каждый OH⁻ — заряд −1, поэтому для компенсации нужны две группы: Ca(OH)₂. Если заряд металла равен +3, получится формула M(OH)₃, например Al(OH)₃.
В воде растворимое основание распадается на составляющие ионы: NaOH → Na⁺ + OH⁻. Нерастворимые гидроксиды не образуют заметной концентрации свободных ионов в воде, поэтому их обычно не рассматривают как растворы электролитов. Это объясняет, почему свойства щёлочей особенно удобно изучать в растворе.
Щёлочи и нерастворимые основания различаются прежде всего растворимостью, но это связано и с их наблюдаемыми свойствами. В растворе щёлочи присутствует значительное количество OH⁻, поэтому индикаторы меняют окраску: лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым. Нерастворимый гидроксид не даёт такой полноценной щелочной среды просто при добавлении его в воду.
Основания реагируют с кислотами по реакции нейтрализации: образуются соль и вода, потому что ионы H⁺ и OH⁻ соединяются в молекулы H₂O. Щёлочи также взаимодействуют с некоторыми кислотными оксидами, например CO₂, и с солями, если появляется осадок, газ или слабый электролит. Нерастворимые основания при нагревании часто разлагаются на оксид металла и воду, например Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.
Чтобы предсказать продукты, сначала определяют тип вещества и его свойства, затем составляют формулы продуктов с учётом зарядов и проверяют условия реакции. Для обмена в растворе нужна причина протекания: осадок, газ или вода. Если нерастворимое основание получают из соли, выбирают растворимую щёлочь, чтобы ионы OH⁻ могли взаимодействовать с катионами металла и образовать осадок.
| Признак | Щёлочи | Нерастворимые основания |
|---|---|---|
| Растворимость в воде | Растворимы | Практически не растворяются |
| Примеры | NaOH, KOH, Ba(OH)₂ | Cu(OH)₂, Fe(OH)₃, Mg(OH)₂ |
| Действие водного раствора на индикаторы | Раствор изменяет окраску индикаторов | Полноценный раствор обычно не образуется |
| Реакция с кислотами | Образуются соль и вода | Образуются соль и вода |
| Поведение при нагревании | Обычно устойчивы | Многие разлагаются на оксид и воду |
Таблицу удобно использовать как алгоритм распознавания: сначала проверьте растворимость, затем определите возможные реакции. Общей для обоих типов оснований является нейтрализация кислотами, а различия особенно заметны при взаимодействии с водой и нагревании.
Определите, какие из NaOH, Cu(OH)₂, HCl и CaO являются основаниями, назовите их и укажите щёлочь. Основание должно содержать металл и одну или несколько групп OH, поэтому одного наличия слова «гидроксид» недостаточно: нужно увидеть состав формулы.
Ответ: основания — NaOH, гидроксид натрия, и Cu(OH)₂, гидроксид меди(II); щёлочь — NaOH.
Составьте уравнения реакций NaOH с H₂SO₄ и CO₂ и назовите продукты. В первом случае происходит нейтрализация, а во втором щёлочь реагирует с кислотным оксидом, поэтому нужно подобрать соль и воду.
Ответ: образуются сульфат натрия и вода, а также карбонат натрия и вода.
Запишите превращения CuSO₄ → Cu(OH)₂ → CuO и укажите условие второй реакции. Сначала из растворимой соли осаждают нерастворимое основание, затем нагревают его, чтобы получить оксид.
Ответ: реагент для первой стадии — NaOH; вторая реакция идёт при нагревании, продукты — оксид меди(II) и вода.
Ошибка: считать все основания щёлочами. Её допускают, потому что в разговорной речи эти слова иногда сближают, но щёлочи — только растворимые основания. Проверьте вещество по таблице растворимости: Cu(OH)₂ не является щёлочью.
Ошибка: записывать CaOH вместо Ca(OH)₂. Причина — забытый заряд Ca²⁺ и то, что два одинаковых гидроксид-иона должны быть взяты в скобки. Проверьте сумму зарядов: Ca²⁺ + 2OH⁻ даёт нейтральное соединение.
Ошибка: путать ион OH⁻ с гидроксильной группой в формуле и не ставить скобки. Ион имеет самостоятельный заряд, а группа может входить в состав вещества несколько раз. Если индекс относится ко всей группе, используйте запись M(OH)n.
Ошибка: считать, что любое основание разлагается при нагревании или что любой обмен с солью идёт до конца. Так рассуждают без проверки свойств веществ и условий реакции. Уточните растворимость, возможность образования осадка и устойчивость конкретного гидроксида.
Для изучения оснований нужны знания о зарядах ионов, составлении формул и электролитической диссоциации. По заряду катиона определяют индекс у OH и проверяют нейтральность формулы.
Тема связана со свойствами кислот, кислотных оксидов и солей: именно они участвуют в нейтрализации и обменных реакциях. Позже эти закономерности понадобятся при изучении генетических связей неорганических веществ и ионных уравнений.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — вещество, состоящее из катиона металла и гидроксид-ионов. Щёлочью называют только то основание, которое растворяется в воде, например NaOH или KOH.
Как определить число групп OH в формуле основания?
Число групп OH должно компенсировать заряд катиона металла. Для Ca²⁺ нужны две группы OH⁻, поэтому формула имеет вид Ca(OH)₂, а для Al³⁺ — Al(OH)₃.
Почему растворы щелочей изменяют окраску индикаторов?
При растворении щёлочи диссоциируют и образуют гидроксид-ионы OH⁻. Именно они создают щелочную среду и взаимодействуют с веществами индикаторов, вызывая изменение их окраски.
Как понять, образуется ли осадок в реакции щёлочи с солью?
Нужно составить предполагаемый обмен и проверить растворимость новых веществ по таблице растворимости. Реакция обычно идёт до конца, если среди продуктов появляется нерастворимый гидроксид-осадок.
Какие основания разлагаются при нагревании?
Многие нерастворимые основания при нагревании распадаются на оксид металла и воду, например Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. Растворимые щёлочи обычно термически устойчивее, поэтому нельзя считать, что разлагается любое основание.
§ 23. Основания
