"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Основания — сложные вещества, состоящие из атома металла и одной или нескольких групп OH. Их формулы помогают понять состав вещества, а растворимость в воде позволяет разделить основания на щёлочи и нерастворимые вещества. Некоторые основания образуются при реакции основных оксидов с водой, но это свойство есть не у всех оксидов. Умение составлять формулы по валентности и пользоваться таблицей растворимости пригодится при изучении свойств и получения оснований.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Основание — сложное вещество, состоящее из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп OH. Например, NaOH содержит атом натрия и одну такую группу, а Ca(OH)₂ — атом кальция и две группы. По формуле можно определить состав вещества и проверить, соответствует ли число групп валентности металла. Это помогает правильно записывать формулы и разбирать реакции с участием оснований.
Гидроксогруппа OH — группа из атома кислорода и атома водорода, входящая в состав основания. Её рассматривают как единое целое: при составлении формул число таких групп связано с валентностью металла. Например, металлу валентности II соответствуют две группы OH. Это правило позволяет понять, почему в формуле Ca(OH)₂ индекс ставится за скобками, а не рядом с H.
Щёлочь — основание, растворимое в воде. К щёлочам относятся, например, гидроксиды натрия NaOH и калия KOH; гидроксид кальция Ca(OH)₂ малорастворим, но в школьной классификации его также относят к щёлочам. Не всякое основание растворяется: растворимость Cu(OH)₂ очень мала. Различие нужно учитывать, когда вещества классифицируют по таблице растворимости.
Нерастворимое основание — основание, которое практически не растворяется в воде. Пример — гидроксид меди(II) Cu(OH)₂: его нельзя отнести к щёлочам. Слово «практически» означает, что в воде может раствориться лишь очень небольшое количество вещества. Эта характеристика помогает отличать нерастворимые основания от водных растворов щелочей.
В формуле основания число гидроксогрупп связано с валентностью металла, потому что группы OH вместе должны уравновесить валентность атома металла. Одной группе OH соответствует валентность I, поэтому натрий образует NaOH. Кальций имеет валентность II и соединяется с двумя группами, поэтому формула его основания — Ca(OH)₂. Такой способ записи показывает, сколько групп OH входит в состав одной формульной единицы.
Чтобы составить формулу основания, сначала определяют валентность металла, затем подбирают такое же число групп OH. Если валентность равна I, записывают одну группу без скобок: KOH. Если валентность равна II, нужны две группы, и запись выглядит как Ca(OH)₂. Скобки объединяют O и H в одну группу, поэтому внешний индекс относится сразу к обоим атомам; без скобок смысл индекса изменился бы.
Некоторые основные оксиды при взаимодействии с водой образуют основания. Оксид натрия Na₂O даёт гидроксид натрия: Na₂O + H₂O → 2NaOH. Оксид кальция CaO образует гидроксид кальция: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Формулы продуктов соответствуют металлу в исходном оксиде, а коэффициенты нужны, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа было одинаковым.
Однако не каждый основной оксид образует основание при реакции с водой: способность к такой реакции зависит от самого оксида. Оксид кальция реагирует с водой и превращается в Ca(OH)₂, тогда как оксид меди(II) CuO с водой при обычных условиях не реагирует. Поэтому нельзя механически приписывать воду к формуле любого основного оксида. Для ответа нужно знать свойства конкретного вещества.
Растворимость основания показывает, может ли оно образовать раствор с водой, и по этому признаку основания разделяют на щёлочи и практически нерастворимые вещества. Её определяют по таблице растворимости: находят металл и гидроксид-ион либо нужную формулу и читают условное обозначение в клетке. Растворимые основания относят к щёлочам, а практически нерастворимые — к нерастворимым основаниям. Для Ca(OH)₂ учитывают, что он малорастворим, но в школьной классификации рассматривается среди щёлочей.
| Основание | Формула | Растворимость в воде | К какой группе относится |
|---|---|---|---|
| Гидроксид натрия | NaOH | Растворим | Щёлочь |
| Гидроксид калия | KOH | Растворим | Щёлочь |
| Гидроксид кальция | Ca(OH)₂ | Малорастворим | Щёлочь (в школьной классификации) |
| Гидроксид меди(II) | Cu(OH)₂ | Практически нерастворим | Нерастворимое основание |
Чтобы классифицировать основание, сначала найдите его формулу в таблице растворимости, затем установите, растворимо ли оно в воде. Растворимые вещества относят к щёлочам, а практически нерастворимые — к нерастворимым основаниям. Для гидроксида кальция учтите школьную классификацию: несмотря на малую растворимость, его относят к щёлочам.
Задача 1. Составьте формулы гидроксида натрия и гидроксида магния, если валентности натрия и магния равны соответственно I и II. Нужно определить число групп OH для каждого металла, а затем верно записать формулы. Проверка состоит в том, что валентность металла должна соответствовать числу одновалентных групп.
Ответ: гидроксид натрия — NaOH, гидроксид магния — Mg(OH)₂. Сначала учитывают валентность металла, а не подбирают индекс на глаз. Если групп OH несколько, внешний индекс показывает их число.
Задача 2. По таблице растворимости определите, какие из NaOH, Ca(OH)₂ и Cu(OH)₂ являются щёлочами. Щёлочь — растворимое основание, поэтому решающим признаком будет растворимость в воде. Найдите каждое соединение в таблице и сопоставьте результат с этим определением.
Ответ: щёлочи — NaOH и Ca(OH)₂; Cu(OH)₂ — нерастворимое основание. При решении сначала пользуются таблицей растворимости, а затем называют группу вещества. Малую растворимость Ca(OH)₂ не следует путать с практической нерастворимостью Cu(OH)₂.
Задача 3. Составьте и уравняйте реакции оксидов Na₂O и CaO с водой, назовите образовавшиеся вещества. Для каждого оксида нужно определить соответствующее основание, сохранив тот же металл. Затем проверяем, чтобы число атомов слева и справа совпадало.
Ответ: Na₂O + H₂O → 2NaOH, образуется гидроксид натрия; CaO + H₂O → Ca(OH)₂, образуется гидроксид кальция. Металл в оксиде и полученном основании один и тот же. Коэффициенты нужны для сохранения числа атомов в уравнении.
Ошибка: записывать NaOH₂ вместо NaOH. Так делают, когда переносят валентность натрия в виде индекса, не проверяя, что натрий имеет валентность I и ему нужна одна группа OH. Чтобы себя проверить, посчитайте группы: у NaOH одна группа, что соответствует валентности натрия. Индекс 2 здесь не нужен.
Ошибка: записывать CaOH₂ без скобок. В таком варианте индекс 2 относится только к H, а не показывает две группы OH, поэтому состав формулы читается неверно. Скобки объединяют атомы O и H в одну гидроксогруппу. Самопроверка: если групп OH две, формула должна быть Ca(OH)₂.
Ошибка: считать щёлочами все основания. Это происходит, если забыть, что определяющий признак щёлочи — растворимость в воде. Например, Cu(OH)₂ практически нерастворим, поэтому не является щёлочью. Проверяйте растворимость по таблице, а не только по тому, что вещество содержит металл и OH.
Ошибка: считать, что любой основной оксид реагирует с водой. Так можно ошибочно записать реакцию для CuO по аналогии с CaO. Реакционная способность зависит от конкретного оксида: CaO образует основание, а CuO с водой при обычных условиях не реагирует. Перед записью уравнения проверьте, происходит ли реакция для данного вещества.
Для составления формул оснований нужны знания о валентности элементов, составе оксидов и правилах записи бинарных соединений. Умение пользоваться таблицей растворимости помогает отличить щёлочь от практически нерастворимого основания. Далее эти знания пригодятся при изучении химических свойств оснований, реакций нейтрализации и способов получения веществ. Так состав, растворимость и реакции связывают формулы с поведением веществ.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — это вещество, состоящее из атома металла и групп OH. Щёлочью называют основание, которое растворяется в воде, поэтому не каждое основание является щёлочью.
Почему в формуле Ca(OH)₂ нужны скобки?
Индекс 2 показывает, что в формуле две целые группы OH. Без скобок он относился бы только к атому водорода, и состав вещества был бы записан неверно.
Как составить формулу основания по валентности металла?
Число групп OH выбирают по валентности металла: у металла валентности I одна группа, у металла валентности II — две. Если групп больше одной, OH заключают в скобки и ставят индекс снаружи.
Как определить, растворимо ли основание в воде?
Найдите формулу вещества в таблице растворимости и посмотрите условное обозначение в соответствующей клетке. Растворимые основания относятся к щёлочам, а практически нерастворимые — нет.
Почему не все основные оксиды реагируют с водой?
Способность реагировать с водой зависит от свойств конкретного оксида. Например, CaO образует гидроксид кальция, а CuO при обычных условиях с водой не реагирует.
§ 31. Основания — гидроксиды основных оксидов
