§ 52. Основания бывают растворимыми и нерастворимыми

Определения и обозначения

Основание — сложное вещество, состоящее из атома металла и одной или нескольких гидроксогрупп OH. В формуле металл записывают первым, а группы OH — после него: например, NaOH и Cu(OH)₂. Число групп может быть разным, потому что оно связано с валентностью металла. По такому составу основания можно отличить от других сложных веществ.

Гидроксид — название класса веществ, к которому относятся основания. Поэтому выражения «основание» и «гидроксид металла» в школьной химии обозначают вещества одного класса: например, гидроксид натрия — это основание NaOH. Слово «гидроксид» указывает на наличие группы OH в составе. Это название помогает распознавать вещества и правильно называть их.

Растворимое основание, или щёлочь, — основание, которое растворяется в воде. Словом «щёлочь» называют не любой гидроксид, а только растворимые основания, например NaOH. Такое различие нужно, чтобы не смешивать общий класс веществ с его растворимой частью. Растворимость конкретного вещества проверяют по таблице.

Нерастворимое основание — основание, которое практически не растворяется в воде. Например, Cu(OH)₂ и Fe(OH)₃ относят к нерастворимым основаниям. Это не значит, что вещество вовсе не может взаимодействовать с другими веществами: речь идёт именно о его растворении в воде. Такое определение помогает сравнивать основания по одному признаку.

Как это устроено

Чтобы распознать основание по формуле, найди в ней металл и группу OH. Скобки показывают, что индекс после них относится ко всей группе: в Ca(OH)₂ содержатся две гидроксогруппы, а не одна группа с индексом два у водорода. Число групп OH связано с валентностью металла: на каждую группу приходится одна единица валентности. Поэтому у металла с валентностью I обычно одна группа OH, а у металла с валентностью II — две.

Основания делят на растворимые и нерастворимые, потому что разные вещества по-разному взаимодействуют с водой. Одни гидроксиды переходят в водный раствор в заметном количестве, другие остаются преимущественно твёрдыми. Растворимые основания называют щёлочами, а нерастворимые не относят к щёлочам. Между группами встречаются малорастворимые вещества, поэтому нужно внимательно читать обозначения таблицы.

Чтобы определить растворимость, найди в таблице пересечение строки с металлом и столбца с гидроксид-ионом OH⁻. Условные знаки в таблицах могут различаться, поэтому сначала прочитай их пояснение: обычно отдельными символами обозначают растворимые, малорастворимые и нерастворимые вещества. Так проверяют и основания, для которых ответ не очевиден из одной формулы. Например, гидроксид кальция растворяется мало, поэтому его обозначение нужно трактовать по правилам конкретной таблицы.

Растворимые основания в воде дают щелочную среду. Это связано с тем, что при растворении они образуют частицы, характерные для щелочного раствора; наличие такой среды можно обнаружить индикатором. Например, лакмус в щелочной среде синеет. Растворы щёлочей опасны: они могут разъедать кожу и повреждать глаза, поэтому их нельзя пробовать или брать руками.

Формулу основания составляют по валентности металла и группы OH. У натрия валентность I, поэтому одной группе OH соответствует один атом натрия: получается NaOH. У кальция валентность II, поэтому нужны две группы OH; скобки показывают, что индекс относится ко всей группе, и формула записывается Ca(OH)₂. После составления формулы растворимость всё равно проверяют отдельно по таблице.

Сравнение растворимых и нерастворимых оснований

Сначала проверь по формуле, что перед тобой основание, затем найди его в таблице растворимости. Сверяйся с условными обозначениями: малорастворимое вещество не следует без оговорки считать хорошо растворимым. Таблица показывает именно растворимость в воде, а не опасность вещества.

Разбор задач

1. Определите, является ли NaOH основанием, назовите его и укажите группу растворимости.

Рассмотрим состав формулы, чтобы проверить, подходит ли вещество под определение основания. Затем назовём его и установим растворимость по таблице. Такой порядок помогает не делать вывод только по знакомому названию.

1. В формуле NaOH есть металл натрий Na и одна группа OH, значит, это основание.
2. Название вещества — гидроксид натрия. Одна группа OH согласуется с валентностью натрия I.
3. По таблице растворимости NaOH растворим в воде, поэтому относится к щёлочам.

Ответ: NaOH — гидроксид натрия, растворимое основание, то есть щёлочь. Его водный раствор имеет щелочную среду. При работе с ним нужна осторожность.

2. Составьте формулу гидроксида кальция и определите, растворим ли он в воде.

Сначала составим формулу по валентностям, не забывая, что группа OH целиком участвует в уравнивании. После этого отдельно проверим растворимость. Такая проверка нужна, потому что валентность определяет формулу, но не показывает, насколько вещество растворяется.

1. Кальций имеет валентность II, а группа OH — валентность I.
2. Для уравнивания валентностей к одному атому кальция присоединяем две группы OH; записываем Ca(OH)₂.
3. По таблице растворимости гидроксид кальция растворяется мало; обозначение таблицы уточнит, как именно его классифицируют.

Ответ: формула — Ca(OH)₂. Гидроксид кальция малорастворим в воде, поэтому его не следует называть хорошо растворимой щёлочью без уточнения принятой в таблице классификации.

3. Распределите NaOH, Cu(OH)₂ и Fe(OH)₃ на растворимые и нерастворимые; для растворимых укажите характер среды раствора.

Все три формулы содержат металл и одну или несколько групп OH, следовательно, перед нами основания. Теперь проверим растворимость каждого вещества по таблице, потому что одинаковое наличие OH не означает одинакового поведения в воде. Для растворимого основания дополнительно назовём среду раствора.

1. NaOH содержит натрий и группу OH; таблица показывает, что гидроксид натрия растворим.
2. Cu(OH)₂ и Fe(OH)₃ также являются основаниями, но гидроксиды меди(II) и железа(III) практически нерастворимы в воде.
3. NaOH относится к щёлочам, поэтому его водный раствор имеет щелочную среду. Для двух нерастворимых веществ характер раствора по этому признаку не указывают.

Ответ: растворимое основание — NaOH, его раствор имеет щелочную среду; нерастворимые основания — Cu(OH)₂ и Fe(OH)₃. Проверка по таблице не позволяет ошибочно отнести все гидроксиды к щёлочам. Помни также, что растворимость не говорит о безопасности вещества.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все основания растворимы в воде. Её допускают, когда переносят свойство щёлочи на весь класс оснований, хотя растворимость зависит от конкретного гидроксида. Проверка: найди вещество в таблице растворимости и учти её условные обозначения.

Ошибка: называть щёлочью любое основание. Так происходит, если слова «основание» и «щёлочь» воспринимают как полные синонимы, но щёлочь — только растворимое основание. Проверка: сначала установи, что вещество содержит металл и OH, а затем отдельно проверь его растворимость.

Ошибка: записывать формулу с неверным числом групп OH. Часто забывают, что металл и гидроксогруппа имеют определённые валентности, и ориентируются только на количество атомов. Проверка: уравняй валентности; например, для кальция(II) нужны две группы OH, поэтому формула — Ca(OH)₂.

Ошибка: считать растворимое основание безопасным. Это заблуждение возникает из-за того, что растворение воспринимают как признак безвредности, хотя растворы щёлочей могут быть едкими. Проверка: оценивай отдельно растворимость и опасность вещества, соблюдай правила работы и не допускай контакта раствора с кожей и глазами.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в формулах оснований, нужно знать состав сложных веществ, понимать, что такое металл, и уметь определять валентность. Эти знания помогают правильно расставить группы OH и записать формулу гидроксида. Без них легко перепутать число групп или принять формулу за формулу другого класса веществ.

Дальше тема пригодится при изучении химических свойств оснований, работы индикаторов, реакций обмена и нейтрализации. Растворимость помогает понять, какие основания образуют растворы, а щелочная среда объясняет изменение окраски индикатора. Это позволяет связывать формулу вещества с его поведением в опыте.

Что запомнить

• Основания состоят из атома металла и одной или нескольких групп OH.
• Число групп OH в формуле связано с валентностью металла.
• Растворимые основания называют щёлочами.
• Растворимость основания определяют по таблице растворимости.
• Растворы щелочей имеют щелочную среду.
• Со щёлочами нужно обращаться осторожно.