"Химия", Оржековский П.А., Мещерякова Л.М. (изд. Астрель)
Основания — сложные вещества, в состав которых входят атом металла и одна или несколько гидроксогрупп OH. Их формулы отражают заряд металла, а растворимые в воде основания называют щёлочами. Основания распознают с помощью индикаторов и изучают по характерным реакциям: при взаимодействии с кислотами образуются соль и вода, а некоторые нерастворимые основания при нагревании распадаются на оксид и воду.
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, в NaOH есть атом натрия и одна группа OH, а в Ca(OH)₂ — атом кальция и две такие группы. По составу вещества можно распознать основания среди других классов соединений. Это определение также помогает правильно записывать их формулы.
Гидроксогруппа OH состоит из атомов кислорода и водорода и входит в формулу основания как единая группа. Её заряд условно равен −1, поэтому число групп зависит от заряда атома металла: отрицательные и положительные заряды должны уравновешиваться. Например, одному иону Na⁺ соответствует одна группа OH⁻, а иону Ca²⁺ — две. Это правило нужно для составления электрически нейтральной формулы.
Щёлочи — это основания, растворимые в воде; основания, которые в воде не растворяются или растворяются очень мало, относят к нерастворимым. Например, NaOH и KOH — щёлочи, а Cu(OH)₂ — нерастворимое основание. Различие важно не только для названия: растворимые основания проявляют свойства в растворе. Растворимость конкретного вещества проверяют по таблице растворимости.
Название основания образуют из названия металла и слова «гидроксид»: NaOH — гидроксид натрия, Ca(OH)₂ — гидроксид кальция. Если металл может иметь разные степени окисления, её указывают римской цифрой в скобках: Cu(OH)₂ — гидроксид меди(II). Такая запись уточняет, какой именно состав имеет вещество. По названию металла и его степени окисления можно восстановить формулу основания.
Чтобы составить формулу основания, нужно уравновесить положительный заряд металла и отрицательные заряды групп OH. Число групп OH поэтому не выбирают произвольно: оно должно компенсировать заряд металла. У одновалентного натрия заряд +1, значит, достаточно одной группы OH, и получается NaOH. У кальция заряд +2, поэтому нужны две группы OH и формула Ca(OH)₂.
Растворимость основания определяют по таблице растворимости, находя металл и гидроксид-ион в соответствующей строке и столбце. Если вещество растворяется в воде, его относят к щёлочам; если не растворяется — к нерастворимым основаниям. Растворимые основания получили отдельное название, потому что их свойства наблюдают в водном растворе. Например, таблица позволяет отличить растворимые NaOH и KOH от нерастворимого Cu(OH)₂.
Щёлочи изменяют окраску индикаторов, потому что индикаторы по-разному выглядят в кислой, нейтральной и щелочной средах. В растворе щёлочи лакмус становится синим, фенолфталеин — малиновым, а метилоранж — жёлтым. Поэтому индикатор помогает обнаружить щёлочную среду, даже если раствор бесцветен. При проверке нужно помнить, какой цвет соответствует именно щёлочи.
Кислота и основание при взаимодействии образуют соль и воду; эту реакцию называют нейтрализацией. Например, в реакции NaOH + HCl → NaCl + H₂O ион натрия соединяется с хлорид-ионом, а водород из кислоты — с группой OH, образуя воду. В уравнении уже одинаковое число атомов каждого элемента слева и справа, поэтому коэффициенты равны единице. Проверка состава помогает не забыть один из продуктов реакции.
Некоторые нерастворимые основания не сохраняются при нагревании и разлагаются на оксид металла и воду. Это происходит потому, что при нагревании соединение распадается на более простые вещества. Например, Cu(OH)₂ → CuO + H₂O: гидроксид меди(II) превращается в оксид меди(II) и воду. Уравнение сбалансировано: по обе стороны одинаковое число атомов меди, кислорода и водорода.
| Признак или свойство | Щёлочи | Нерастворимые основания |
|---|---|---|
| Растворимость в воде | Растворимы | Не растворяются или растворяются очень мало |
| Примеры формул | NaOH, KOH | Cu(OH)₂ |
| Изменение окраски индикаторов | Лакмус — синий, фенолфталеин — малиновый, метилоранж — жёлтый | Для твёрдого основания такая проверка раствора не проводится |
| Реакция с кислотами | Образуются соль и вода | Образуются соль и вода |
| Поведение при нагревании | Для щёлочей в рамках темы такое разложение не указывают | Некоторые разлагаются на оксид и воду |
Сначала определите растворимость основания: именно она позволяет отнести его к одному из двух столбцов. Затем сравните примеры и свойства, чтобы увидеть, что основания обоих типов реагируют с кислотами, но при нагревании разлагаются лишь некоторые нерастворимые основания. Таблица помогает сопоставить свойства, но для конкретного вещества растворимость лучше проверять по таблице растворимости.
Сначала выписываем символ металла и учитываем его заряд. Группа OH имеет заряд −1, поэтому число таких групп должно компенсировать заряд металла. После записи проверяем, что суммарный заряд формулы равен нулю.
Ответ: NaOH — гидроксид натрия; Ca(OH)₂ — гидроксид кальция. В формуле кальция индекс 2 относится ко всей группе OH, а не только к водороду. Проверка зарядов: +1 и −1 для NaOH, +2 и два заряда −1 для Ca(OH)₂.
Щёлочью называют растворимое в воде основание, поэтому нужно выяснить растворимость каждого вещества. Формулы содержат разные металлы, и по одной только записи нельзя объявить их все щёлочами. Сверяем каждое основание с таблицей растворимости и распределяем вещества по группам.
Ответ: щёлочи — NaOH и KOH; Cu(OH)₂ — нерастворимое основание. Решение основано на растворимости, а не на том, что все вещества с группой OH будто бы растворяются. При работе с другими формулами нужно выполнить такую же проверку по таблице.
Для первой реакции используем правило нейтрализации: основание плюс кислота дают соль и воду. Для второй применяем схему разложения: нерастворимое основание при нагревании превращается в оксид металла и воду. После записи продуктов проверяем атомы в обеих частях каждого уравнения.
Ответ: NaOH + HCl → NaCl + H₂O; Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (нагревание). В первой реакции образуются соль и вода, во второй — оксид и вода. Такая проверка позволяет не пропустить продукт и не поставить лишние коэффициенты.
Ошибка: считать щёлочью любое основание. Её допускают потому, что у всех оснований есть группа OH, но наличие этой группы не означает растворимость. Проверьте себя по таблице растворимости: щёлочью будет только основание, которое в ней указано как растворимое.
Ошибка: записывать несколько гидроксогрупп без скобок, например, воспринимать CaOH₂ как правильную запись. Индекс после OH должен относиться ко всей группе, поэтому пишут Ca(OH)₂. Проверьте, что скобки охватывают и атом кислорода, и атом водорода.
Ошибка: считать число групп OH произвольным или путать его с зарядом основания. Число групп выбирают по заряду металла так, чтобы суммарный заряд формулы стал нулевым. Для проверки сложите положительный заряд металла и отрицательные заряды всех групп OH: результат должен быть равен нулю.
Ошибка: забыть воду при нейтрализации или неверно поставить коэффициенты. Обычно это происходит, когда записывают только соль и не пересчитывают атомы после составления уравнения. Сначала назовите оба продукта — соль и воду, затем сравните число атомов каждого элемента слева и справа.
Для записи формул оснований нужны знания о составе сложных веществ, валентности и зарядах атомов. Растворимость определяют с помощью таблицы растворимости, поэтому важно уметь находить в ней нужные вещества и читать условные обозначения. Понятия щёлочи и нейтрализации пригодятся при изучении кислот и солей: они позволяют описывать реакции между разными классами веществ. Эти знания также помогают прослеживать генетическую связь между классами соединений.
Чем основание отличается от щёлочи?
Основание — это вещество из атома металла и одной или нескольких групп OH. Щёлочь — основание, которое растворяется в воде, поэтому не всякое основание является щёлочью.
Как понять, сколько групп OH нужно записать в формуле основания?
Число групп OH выбирают с учётом заряда атома металла, чтобы общий заряд формулы был равен нулю. Например, кальций имеет заряд +2, поэтому его формула основания — Ca(OH)₂.
Почему в формуле Ca(OH)₂ гидроксогруппа записана в скобках?
Индекс 2 за скобками показывает, что в формуле две целые группы OH. Без скобок запись могла бы означать, что индекс относится только к атому водорода.
Как щёлочи действуют на индикаторы?
В растворах щёлочи лакмус становится синим, фенолфталеин — малиновым, а метилоранж — жёлтым. Изменение окраски помогает распознать щелочную среду.
Что образуется при реакции основания с кислотой?
При взаимодействии основания с кислотой образуются соль и вода. Такую реакцию называют нейтрализацией.
§ 32. Основания
