"Химия", Кузнецова Л.М.
Основания — сложные вещества, в состав которых входят катионы металла и гидроксид-ионы OH⁻. Заряд металла определяет, сколько гидроксид-групп нужно записать в формуле, чтобы вещество было электрически нейтральным. Растворимые в воде основания называют щёлочами: их растворы меняют окраску индикаторов. Основания реагируют с кислотами с образованием соли и воды, а некоторые из них 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 катионов металла и связанных с ними гидроксид-ионов OH⁻. Катионы — положительно заряженные частицы, а гидроксид-ионы — отрицательно заряженные. В формуле основания нужно уравновесить их заряды, поэтому состав частиц помогает понять и строение, и запись вещества.
Гидроксид-ион OH⁻ — частица из атомов кислорода и водорода с общим зарядом −1. Такие ионы входят в состав каждого основания; их число зависит от заряда катиона металла. Это знание позволяет правильно составлять формулы, а не угадывать индексы.
Щёлочь — основание, растворимое в воде. Например, NaOH относится к щёлочам, а Cu(OH)₂ — нет, хотя оба вещества являются основаниями. Различие нужно учитывать, когда говорят о свойствах веществ в водном растворе.
Название основания образуют из слова «гидроксид» и названия металла: NaOH — гидроксид натрия. Если металл может иметь разную валентность, её указывают римской цифрой в скобках: Cu(OH)₂ — гидроксид меди(II). Валентность в названии помогает понять, какой заряд имеет катион и сколько групп OH будет в формуле.
Каждая группа OH в составе основания имеет заряд −1, поэтому количество таких групп связано с зарядом катиона металла. Если катион однозарядный, ему достаточно одной группы OH; для катиона с зарядом 2+ требуются две группы, а для 3+ — три. Сумма зарядов должна равняться нулю: например, у Ca(OH)₂ заряд Ca²⁺ компенсируют два заряда OH⁻. Так проверяют электронейтральность вещества, то есть отсутствие у формульной единицы общего заряда.
Чтобы составить формулу, сначала записывают символ металла, затем группы OH и подбирают их число по заряду катиона. Для Na⁺ получается NaOH, а для Ca²⁺ — Ca(OH)₂; если групп больше одной, OH заключают в скобки и ставят индекс снаружи. Название составляют по той же логике: сначала говорят «гидроксид», затем называют металл. Для металлов с переменной валентностью, например меди, указывают её значение: Cu(OH)₂ — гидроксид меди(II).
Не все основания растворяются в воде, поэтому понятия «основание» и «щёлочь» не совпадают. Растворим ли конкретный гидроксид, устанавливают по таблице растворимости: ищут в ней соединение данного металла с гидроксид-ионом. Растворимые основания называют щёлочами, а нерастворимые остаются отдельной группой оснований. Такой способ надёжнее, чем пытаться судить о растворимости только по формуле или названию.
В водном растворе щёлочи индикаторы меняют окраску: например, лакмус синеет, а фенолфталеин становится малиновым. Индикатор — вещество, цвет которого зависит от среды раствора. Изменение цвета показывает, что в растворе проявляются свойства щёлочи; для сухого вещества такой вывод по индикатору сделать нельзя. Поэтому при проверке щёлочной среды важно, чтобы исследуемое вещество было растворено в воде.
Основания взаимодействуют с кислотами: катион металла соединяется с остатком кислоты, а водород кислоты и гидроксид-группа образуют воду. В результате получаются соль и вода, поэтому важно записать оба продукта и уравнять число атомов. Некоторые нерастворимые основания при нагревании распадаются на оксид металла и воду: это разложение, а не реакция с кислотой. Например, гидроксид меди(II) при нагревании превращается в оксид меди(II) и воду.
В таблице сопоставлены свойства растворимых и нерастворимых оснований. Примеры помогают увидеть, что растворимость — признак, по которому основания делят на две группы. Поведение индикаторов относится к водным растворам щёлочей, а не к нерастворимому порошку.
| Признак | Растворимые основания (щёлочи) | Нерастворимые основания |
|---|---|---|
| Примеры веществ | NaOH, Ba(OH)₂ | Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ |
| Растворимость в воде | Растворимы | Не растворяются или растворяются очень мало |
| Изменение окраски индикаторов | В растворе лакмус синеет, фенолфталеин становится малиновым | Не дают щелочной окраски индикатора как водный раствор |
| Реакция с кислотами | Образуются соль и вода | Образуются соль и вода |
| Поведение при нагревании | Обычно устойчивы при нагревании в школьных примерах | Некоторые разлагаются на оксид металла и воду |
Пользуйтесь таблицей растворимости, чтобы отнести конкретное вещество к одной из групп. Затем сравните свойства, помня, что реакция с кислотой характерна для обеих групп. Разложение при нагревании указано для некоторых нерастворимых оснований, а не для всех без исключения.
Составим формулы двух оснований и объясним число групп OH. Гидроксид-ион имеет заряд −1, поэтому его заряд компенсирует положительный заряд катиона металла. Проверим сумму зарядов в каждой формуле.
Ответ: NaOH и Ca(OH)₂. Число групп OH равно заряду катиона металла по модулю, если каждая группа имеет заряд −1. В обеих формулах суммарный заряд равен нулю.
Определим, какие из NaOH, Cu(OH)₂ и Ba(OH)₂ являются щёлочами. Недостаточно увидеть в формуле группу OH: щёлочью считается только растворимое в воде основание. Поэтому решающим будет не подсчёт групп, а проверка растворимости каждого вещества.
Ответ: щёлочи — NaOH и Ba(OH)₂; Cu(OH)₂ — нерастворимое основание. Проверка по таблице не позволяет ошибочно назвать щёлочью любое вещество с группой OH. Свойства раствора индикаторами проверяют для растворимых оснований.
Запишем две реакции для Cu(OH)₂: с соляной кислотой и при нагревании. В первом случае основание и кислота дают соль и воду, во втором гидроксид распадается на оксид и воду. После записи продуктов проверим число атомов и подберём коэффициенты.
Ответ: Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O; Cu(OH)₂ → CuO + H₂O при нагревании. В первом уравнении обязательно указаны и соль, и вода. Во втором продукты относятся к разложению основания.
Ошибка — называть щёлочью любое основание. Её допускают, потому что у обоих веществ в составе есть группа OH, но щёлочью является только растворимое основание. Проверьте формулировку: растворимость находят по таблице, а не выводят из одного лишь наличия OH.
Ошибка — ставить число групп OH наугад или не согласовывать его с зарядом металла. Это происходит, если забыть, что у каждого гидроксид-иона заряд −1. Для самопроверки сложите заряды катиона и всех групп OH: сумма должна быть равна нулю.
Ошибка — записывать CaOH₂ вместо Ca(OH)₂ или ставить индекс у металла, хотя требуется несколько групп OH. Индекс после скобок относится ко всей группе, а без скобок менял бы число атомов внутри неё. Пересчитайте группы: в Ca(OH)₂ две группы OH и один атом кальция.
Ошибка — при реакции основания с кислотой записывать только соль. Так происходит, если помнить о замене ионов, но упустить соединение водорода кислоты с гидроксид-группой. Проверьте, что среди продуктов есть вода, а затем уравняйте число атомов в обеих частях.
Для изучения оснований нужны навыки чтения химических формул и понимание зарядов ионов. Валентность или заряд катиона помогает определить число групп OH, а знания о катионах и анионах — разобраться в составе вещества. Таблица растворимости необходима, чтобы отличать щёлочи от нерастворимых оснований.
Основания входят в систему классов неорганических веществ наряду с кислотами и солями. Реакция основания с кислотой связывает эти классы и показывает, как составлять уравнения с несколькими продуктами. Эти умения пригодятся при дальнейшем изучении свойств веществ и подборе коэффициентов.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — это вещество, состоящее из катионов металла и гидроксид-ионов OH⁻. Щёлочью называют только то основание, которое растворяется в воде. Поэтому не каждое основание является щёлочью.
Как определить число групп OH в формуле основания?
Число групп OH выбирают так, чтобы их суммарный заряд уравновешивал заряд катиона металла. Одна группа OH имеет заряд −1. Например, катиону Ca²⁺ нужны две группы OH⁻, поэтому формула — Ca(OH)₂.
Почему в формуле гидроксида кальция пишут скобки?
В гидроксиде кальция две одинаковые группы OH. Скобки показывают, что индекс 2 относится ко всей группе, а не только к атому водорода. Формула записывается как Ca(OH)₂.
Как узнать, растворимо ли основание в воде?
Растворимость проверяют по таблице растворимости, находя в ней нужное основание. Растворимые в воде основания относят к щёлочам, нерастворимые — к нерастворимым основаниям. Нельзя определять растворимость только по внешнему виду формулы.
Что образуется при реакции основания с кислотой?
При реакции основания с кислотой образуются соль и вода. Например, гидроксид меди(II) с соляной кислотой даёт хлорид меди(II) и воду. Такая реакция называется нейтрализацией.
§ 28. Основания
