Как найти гидроксид в химии

Сегодня поговорим об очень большой группе соединений, которые называются гидроксиды. Как говорит учебник химии,

гидроксид – это химическое соединение, в котором есть группа –ОН.

Собственно, именно по этому признаку и можно определить, что перед нами гидроксид: в нём всегда есть одна или несколько гидроксильных групп –ОН.

Также запомните, что есть понятие «щёлочь». К щелочам относят гидроксиды металлов щелочных (то есть стоящих в первой группе таблицы Менделеева в основной подгруппе), щёлочноземельных (то есть стоящих во второй группе таблицы Менделеева в основной подгруппе) и аммония NH4+.

В чём разница между гидроксидами и щелочами

Щёлочь – понятие более узкое, гидроксид – более широкое. То есть щёлочь – всегда гидроксид, но гидроксид – не всегда щёлочь.

Например, гидроксид натрия NaOH. Натрий находится в первой группе периодической таблицы, это щелочной металл. Поэтому NaOH – это щёлочь. Но если вы назовёте его гидроксидом, ошибкой это не будет.

Другой пример. Гидроксид меди (II) Сu(OH)2 – это гидроксид, но никак не щёлочь (посмотрите в таблицу Менделеева. Медь находится в первой группе, но не в основной, а в побочной! Медь – не щелочной металл!). То есть назвать Сu(OH)2 щёлочью будет ошибкой, это гидроксид.

Как составить формулу гидроксида

Первым делом вспоминаем про валентность, без неё в химии никуда. Далее нужно понять, что группа ОН – это цельная структурная единица. Составляя формулу, мы всегда заключаем её в скобки (если ОН группа одна, то скобки не нужны), а индекс, маленькая цифра внизу справа, относится ко всей гидроксильной группе.

Также сразу запомните, что

группа –ОН всегда имеет валентность I.

Чтобы этот факт навсегда врезался вам в память, запомните следующее. Группа –ОН образуется из воды. Формула воды Н2О, это всем известно. Выглядит молекула воды так: Н-О-Н. То есть в ней две части Н– и –ОН. Каждая из этих частей имеет валентность I, это видно и из формулы:

Нам здесь важно, что гидроксильная группа имеет валентность I. Это надо запомнить.

Теперь переходим к практике и решению химии.

Пример 1.

Составьте формулу гидроксида калия.

Это очень просто. Калий в таблице Менделеева находится в первой группе в основной подгруппе, он имеет валентность I. Группа –ОН также имеет валентность I. Следовательно, формула гидроксида калия КОН.

Пример 2.

Составьте формулу гидроксида кальция.

Кальций находится в периодической таблице во второй группе в основной подгруппе, его валентность II. Тогда:

Здесь надо припомнить, как составляется формула вещества, если известна валентность. Нужно, чтобы произведение валентности и индекса у каждого элемента совпадало. Поэтому формула гидроксида кальция выглядит так:

Напоминаю, что если гидроксильных групп больше одной, то мы из заключаем в скобки. Обратите внимание, что такое написание (ОН)2 означает, что в формуле не два атома водорода, а две группы ОН!

Итак, формула гидроксида кальция – Ca(ОН)2.

Пример 3.

Составьте формулу гидроксида железа (III).

Валентность железа задана условиями, поэтому:

Отсюда следует:

Таким образом, формула гидроксида железа (III) – Fe(OH)3.

Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

Ещё со школы нам известно, что основаниями называют соединения, где атомы металла связаны с одной или несколькими гидроксогруппами — KOH, Ca(OH)₂ и т. п. Однако понятие «основания» на самом деле шире, и существует две теории оснований — протонная (теория Брёнстеда — Лоури) и электронная (теория Льюиса). Основания и кислоты Льюиса мы рассмотрим в отдельной статье, поэтому возьмём определение из теории Брёнстеда (далее в данной статье — только основания Брёнстеда): Основания (гидроксиды) — это вещества или частицы, способные принимать (отщеплять) протон от кислоты. Согласно такому определению, свойства основания зависят от свойств кислоты — например, вода или уксусная кислота ведут себя как основания в присутствии более сильных кислот:

H₂SO₄ + H₂O ⇄ HSO₄^— + H₃O⁺(катион гидроксония)

H₂SO₄ ⁺ CH₃COOH ⇄ HSO₄^— + CH₃COOH₂⁺

Номенклатура оснований

Названия оснований образуются весьма просто — сначала идёт слово «гидроксид», а затем название металла, который входит в данное основание. Если металл имеет переменную валентность, это отражают в названии.

KOH — гидроксид калия
Ca(OH)₂ — гидроксид кальция
Fe(OH)₂ — гидроксид железа (II)
Fe(OH)₃ — гидроксид железа (III)

Существует также основание NH₄OH (гидроксид аммония), где гидроксогруппа связана не с металлом, а катионом аммония NH₄⁺.

Классификация оснований

Основания можно классифицировать по следующим признакам:

1. По растворимости основания делят на растворимые — щёлочи (NaOH, KOH) и нерастворимые основания (Ca(OH)₂, Al(OH)₃).
2. По кислотности (количеству гидроксогрупп) основания делят на однокислотные (KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH₂), Al(OH)₃).
3. По химическим свойствам их делят на оснóвные (Ca(OH)₂, NaOH) и амфотерные, то есть проявляющие как основные свойства, так и кислотные (Al(OH)₃, Zn(OH)₂).
4. По силе (по степени диссоциации) различают:
   а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH)₂, малорастворимый Ca(OH)₂.
   б) слабые (α < 100 %) – все нерастворимые основания Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ и растворимое NH₄OH.

Сила оснований

Для оснований можно количественно выразить их силу, то есть способность отщеплять протон от кислоты. Для этого используют константу основности K_b — константу равновесия для реакции между основанием и кислотой, причём в качестве кислоты выступает вода. Чем выше значение константы основности, тем выше сила основания и тем сильнее его способность отщеплять протон. Также вместо самой константы часто используют показатель константы основности pK_b. Например, для аммиака NH₃ имеем:

Получение

1. Взаимодействие активного металла с водой:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂

Mg + 2H₂O  Mg(OH)₂ + H₂

1. Взаимодействие основных оксидов с водой (только для щелочных и щелочноземельных металлов):

Na₂O + H₂O → 2NaOH,

CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

1. Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:

2NaCI + 4H₂O 2NaOH + 2H₂ + CI₂

1. Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых оснований это единственный способ получения:

Na₂SO₄ + Ba(OH)₂ → 2NaOH + BaSO₄

MgSO₄ + 2NaOH → Mg(OH)₂ + Na₂SO_4.

Физические свойства

Все основания являются твердыми веществами, имеющими различную окраску. В воде нерастворимы, кроме щелочей.

Внимание! Щёлочи являются очень едкими веществами. При попадании на кожу растворы щелочей вызывают сильные долгозаживающие ожоги, при попадании в глаза могут вызвать слепоту. При работе с ними следует соблюдать технику безопасности и пользоваться индивидуальными средствами защиты.

Химические свойства

Химические свойства оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации обусловлены наличием в их растворах избытка свободных гидроксид – ионов ОН^—.

1. Изменение цвета индикаторов:

фенолфталеин – малиновый

лакмус – синий

метиловый оранжевый – желтый

1. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O,

^{растворимое}

Mg(OH)₂ + 2HCI → MgCI₂ + 2H₂O.

^{нерастворимое}

1. Взаимодействие с кислотными оксидами:

2KOH + SO₃ → K₂SO₄ + H₂O

1. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами:

а) при плавлении:

2NaOH + AI₂O₃ → 2NaAIO₂ + H₂O,

NaOH + AI(OH)₃ → NaAIO₂ + 2H₂O.

б) в растворе:

2NaOH + AI₂O₃ +3H₂O → 2Na[AI(OH)₄],

NaOH + AI(OH)₃ → Na[AI(OH)₄].

1. Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными металлами, кремнием и другими):

2NaOH + Zn + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

2NaOH + Si + H₂O → Na ₂SiO₃ + 2H₂

1. Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:

2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄,

Ba(OH)₂ + K₂SO₄ → BaSO₄ + 2KOH.

1. Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:

Ca(OH)₂ → CaO + H₂O,

Cu(OH)₂  → CuO  + H₂O.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 июня 2022 года; проверки требует 1 правка.

Гидрокси́ды (гидроо́киси, водокиси) — неорганические соединения, содержащие гидроксильную группу . Известны гидроксиды почти всех химических элементов; некоторые из них встречаются в природе в виде минералов.

Аналогичные по структуре органические соединения называются спиртами.

Классификация[править | править код]

Классификация гидроксидов совпадает с классификацией соответствующих солеобразующих оксидов.

В зависимости от проявляемых свойств различают:

• Основные гидроксиды (основания) — гидроксиды, проявляющие основные свойства. Включают в себя только гидроксиды металлов со степенями окисления +1 и +2, например, гидроксид кальция , гидроксид калия , гидроксид марганца(II) . При реакциях и диссоциации от них отщепляется гидроксильная группа (гидроксид-ион).
  • Щёлочи — хорошо растворимые в воде основания. Включают в себя гидроксиды щелочных и щёлочноземельных (кроме магния и бериллия) металлов, а также аммония и одновалентного таллия.
• Амфотерные гидроксиды, проявляющие в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства. Включают в себя гидроксиды металлов со степенями окисления +3, +4, например, гидроксид алюминия , и нескольких металлов со степенью окисления +2, например, гидроксид цинка .
• Кислотные гидроксиды (неорганические кислородсодержащие кислоты), проявляющие кислотные свойства. Включают гидроксиды неметаллов и металлов со степенями окисления +5, +6, +7, например, серная кислота (структурная формула ), борная кислота (структурная формула ), марганцевая кислота (структурная формула ). При реакциях и диссоциации от них отщепляются атомы (катионы) водорода, поэтому в химических формулах кислот принято записывать атомы водорода отдельно от кислорода в начале формулы: , , .

Термин «гидроксиды» часто применяют только по отношению к основным и амфотерным гидроксидам.

Воду также иногда называют гидроксидом водорода.

Химические свойства[править | править код]

Щелочи[править | править код]

При взаимодействии с кислотами образуют соли и воду:

,

При взаимодействии с кислотными оксидами образуют соли и воду:

Взаимодействуют с солями при условии выхода одного из продуктов реакции из системы (газ, осадок):

Нерастворимые основания[править | править код]

Взаимодействие с кислотами:

С кислотными оксидами не взаимодействуют.

Нерастворимые основания при нагревании, как правило, разлагаются на оксид и воду, например:

,

.

Амфотерные гидроксиды[править | править код]

К амфотерным гидроксидам принадлежат:

С кислотами:

Со щелочами:

(в водном растворе),

(при сплавлении).

Получение[править | править код]

Оксиды щелочных и некоторых щёлочноземельных металлов взаимодействуют с водой, образуя щёлочи:

,

.

Щелочные и щёлочноземельные металлы, взаимодействуя с водой, образуют щёлочи:

При взаимодействии соли амфотерного элемента со щёлочью образуется амфотерный гидроксид и соль:

См. также[править | править код]

• Слоистые двойные гидроксиды

Примечания[править | править код]

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Классификация неорганических веществ

Основания – сложные вещества, которые состоят из катиона металла Ме⁺ (или металлоподобного катиона, например, иона аммония NH₄⁺) и гидроксид-аниона ОН^—.

По растворимости в воде основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые основания. Также есть неустойчивые основания, которые самопроизвольно разлагаются.

Получение оснований

1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:

основный оксид + вода = основание

Например, оксид натрия в воде образует гидроксид натрия (едкий натр):

Na₂O + H₂O → 2NaOH

При этом оксид меди (II)  с водой не реагирует:

CuO + H₂O ≠

2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий), кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.

металл + вода = щёлочь + водород

Например, калий реагирует с водой очень бурно:

2K⁰ + 2H₂⁺O →  2K⁺OH + H₂⁰

3. Электролиз растворов некоторых солей щелочных металлов. Как правило, для получения щелочей электролизу подвергают растворы солей, образованных щелочными или щелочноземельными металлами и бескилородными кислотами (кроме плавиковой) – хлоридами, бромидами, сульфидами и др. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.

Например, электролиз хлорида натрия:

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

либо

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:

K₂CO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + 2KOH

Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

Химические свойства нерастворимых оснований

1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами  (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.

нерастворимое основание + кислота = соль + вода

нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода

Например, гидроксид меди (II) взаимодействует с сильной соляной кислотой:

 Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:

Cu(OH)₂ + CO₂ ≠

2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.

Например, гидроксид железа (III) разлагается на оксид железа (III)  и воду при прокаливании:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид  ≠

нерастворимое основание + амфотерный гидроксид  ≠

4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).

Например, гидроксид железа (II) можно окислить кислородом воздуха в присутствии воды до гидроксида железа (III):

4Fe⁺²(OH)₂ + O₂⁰ + 2H₂O → 4Fe⁺³(O^-2H)₃

Химические свойства щелочей

1. Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами – и сильными, и слабыми. При этом образуются средняя соль и вода. Эти реакции называются реакциями нейтрализации. Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты. В избытке щёлочи образуется средняя соль и вода:

щёлочь_{(избыток)}+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота_{(избыток)} = кислая соль + вода

Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при  мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

NaOH + H₃PO₄  → NaH₂PO₄ + H₂O

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:

2NaOH + H₃PO₄ → Na₂HPO₄ + 2H₂O

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

3NaOH + H₃PO₄ → Na₃PO₄ + 3H₂O

2. Щёлочи взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются обычные соли, а в растворе – комплексные соли.

щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода

щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода

щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль

щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль

Например, при взаимодействии гидроксида алюминия с гидроксидом натрия в расплаве образуется алюминат натрия. Более кислотный гидроксид образует кислотный остаток:

NaOH + Al(OH)₃ = NaAlO₂ + 2H₂O

А в растворе образуется комплексная соль:

NaOH + Al(OH)₃ = Na[Al(OH)₄]

Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (как правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.

3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:

щёлочь_{(избыток)} + кислотный оксид = средняя соль + вода

либо:

щёлочь + кислотный оксид_{(избыток)} = кислая соль

Например, при взаимодействии избытка гидроксида натрия с углекислым газом образуется карбонат натрия и вода:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:

2NaOH + CO₂ = NaHCO₃ 

4. Щёлочи взаимодействуют с солями. Щёлочи реагируют только с растворимыми солями в растворе, при условии, что в продуктах образуется газ или  осадок. Такие реакции протекают по механизму ионного обмена.

щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид

Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.

Например, гидроксид натрия взаимодействует с сульфатом меди в растворе:

Cu²⁺SO₄^2- + 2Na⁺OH^— = Cu²⁺(OH)₂^—↓ + Na₂⁺SO₄^2-

Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.

Например, гидроксид калия взаимодействует с раствором нитрата аммония:

NH₄⁺NO₃^— + K⁺OH^— = K⁺NO₃^— + NH₃↑ + H₂O

! При взаимодействии солей амфотерных металлов с избытком щёлочи образуется комплексная соль !

Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее. Если соль, образованная металлом, которому соответствует амфотерный гидроксид, взаимодействует с небольшим количеством щёлочи, то протекает обычная обменная реакция, и в осадок выпадает гидроксид этого металла.

Например, избыток сульфата цинка реагирует в растворе с гидроксидом калия:

ZnSO₄ + 2KOH = Zn(OH)₂↓ + K₂SO₄

Однако, в данной реакции образуется не основание, а амфотерный гидроксид. А, как мы уже указывали выше, амфотерные гидроксиды растворяются в избытке щелочей с образованием комплексных солей. Таким образом, при взаимодействии сульфата цинка с избытком раствора щёлочи образуется комплексная соль, осадок не выпадает:

ZnSO₄ + 4KOH = K₂[Zn(OH)₄] + K₂SO₄

Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:

соль амф.металла_{(избыток)} + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль

соль амф.металла + щёлочь_{(избыток)} = комплексная соль + соль

5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.

кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода

Например, гидросульфит калия реагирует с гидроксидом калия с образованием сульфита калия и воды:

KHSO₃ + KOH = K₂SO₃ + H₂O

Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO₃ мы разбиваем на уольную кислоту H₂CO₃ и карбонат натрия Na₂CO₃. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.

6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.

! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!

Например, железо не реагирует с раствором щёлочи, оксид железа (II) — основный. А алюминий растворяется в водном растворе щелочи, оксид алюминия — амфотерный:

2Al + 2NaOH + 6H₂⁺O = 2Na[Al⁺³(OH)₄] + 3H₂⁰

7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):

NaOH +О₂ ≠

NaOH +N₂ ≠

NaOH +C ≠

Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).

Например, хлор при взаимодействии с холодной щелочью переходит в степени окисления -1 и +1:

2NaOH +Cl₂⁰ = NaCl^— + NaOCl⁺ + H₂O

Хлор при взаимодействии с горячей щелочью переходит в степени окисления -1 и +5:

6NaOH +Cl₂⁰ = 5NaCl^— + NaCl⁺⁵O₃ + 3H₂O

Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.

Например, в растворе:

2NaOH + Si⁰ + H₂⁺O=  Na₂Si⁺⁴O₃ + 2H₂⁰

Фтор окисляет щёлочи:

2F₂⁰ + 4NaO^-2H = O₂⁰ + 4NaF^— + 2H₂O

Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.

Исключение — гидроксид лития:

2LiOH = Li₂O + H₂O