طبقه های اصلی مواد معدنی، علاوه بر اکسیدها، اسیدها و نمک ها، شامل گروهی از ترکیبات به نام باز یا هیدروکسید است. همه آنها یک طرح ساختار مولکولی واحد دارند: آنها لزوماً حاوی یک یا چند گروه هیدروکسیل هستند که در ترکیب آن به یک یون فلزی متصل هستند. هیدروکسیدهای پایه از نظر ژنتیکی با اکسیدها و نمک های فلزات مرتبط هستند که نه تنها خواص شیمیایی آنها را تعیین می کند، بلکه روش های بدست آوردن آنها را در آزمایشگاه و صنعت نیز تعیین می کند.
اشکال مختلفی از طبقه بندی پایه ها وجود دارد که هم بر اساس ویژگی های فلزی است که بخشی از مولکول است و هم بر اساس توانایی ماده برای حل شدن در آب. در مقاله خود به بررسی این ویژگی های هیدروکسیدها و همچنین آشنایی با خواص شیمیایی آنها می پردازیم که استفاده از پایه ها در صنعت و زندگی روزمره به آن بستگی دارد.
خواص فیزیکی
همه پایه های تشکیل شده توسط فلزات فعال یا معمولی جامداتی با طیف وسیعی از نقاط ذوب هستند. در رابطه با آب، آنهابه بسیار محلول - قلیایی و نامحلول در آب تقسیم می شوند. به عنوان مثال، هیدروکسیدهای اساسی حاوی عناصر گروه IA به عنوان کاتیون به راحتی در آب حل می شوند و الکترولیت های قوی هستند. آنها در لمس صابون هستند، پارچه، پوست را خورده می کنند و به آنها قلیایی می گویند. هنگامی که آنها در محلول تجزیه می شوند، یون های OH- شناسایی می شوند که با استفاده از شاخص ها تعیین می شوند. به عنوان مثال، فنل فتالئین بی رنگ در یک محیط قلیایی به رنگ زرشکی در می آید. هر دو محلول و مذاب هیدروکسیدهای سدیم، پتاسیم، باریم و کلسیم الکترولیت هستند. الکتریسیته را هدایت می کنند و رسانای نوع دوم محسوب می شوند. بازهای محلول که بیشتر در صنعت استفاده می شود، شامل حدود 11 ترکیب مانند هیدروکسیدهای پایه سدیم، پتاسیم، آمونیوم و غیره می باشد.
ساختار مولکول پایه
یک پیوند یونی بین یک کاتیون فلزی و آنیون های گروه های هیدروکسیل در یک مولکول ماده تشکیل می شود. برای هیدروکسیدهای نامحلول در آب به اندازه کافی قوی است، بنابراین مولکول های آب قطبی قادر به از بین بردن شبکه کریستالی چنین ترکیبی نیستند. قلیاها مواد پایداری هستند و عملاً با حرارت دادن اکسید و آب تشکیل نمی دهند. بنابراین، هیدروکسیدهای اساسی پتاسیم و سدیم در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد می جوشند، در حالی که تجزیه نمی شوند. در فرمول های گرافیکی همه پایه ها به وضوح دیده می شود که اتم اکسیژن گروه هیدروکسیل با یک پیوند کووالانسی به اتم فلز و دیگری به اتم هیدروژن متصل است. ساختار مولکول و نوع پیوند شیمیایی نه تنها فیزیکی، بلکهو تمام خصوصیات شیمیایی مواد بیایید با جزئیات بیشتر در مورد آنها صحبت کنیم.
کلسیم و منیزیم و ویژگی های ترکیبات آنها
هر دو عنصر نماینده معمولی فلزات فعال هستند و می توانند با اکسیژن و آب تعامل داشته باشند. محصول واکنش اول یک اکسید بازی است. هیدروکسید در نتیجه یک فرآیند گرمازا تشکیل می شود که مقدار زیادی گرما آزاد می کند. پایه های کلسیم و منیزیم، مواد پودری سفید کم محلول هستند. نام‌های زیر اغلب برای ترکیبات کلسیمی به کار می‌رود: شیر آهک (اگر سوسپانسیون در آب باشد) و آب آهک. به عنوان یک هیدروکسید بازی معمولی، Ca(OH)2 با اکسیدهای اسیدی و آمفوتریک، اسیدها و بازهای آمفوتریک، مانند هیدروکسیدهای آلومینیوم و روی، برهم کنش می دهد. برخلاف قلیاهای معمولی مقاوم در برابر حرارت، ترکیبات منیزیم و کلسیم تحت تأثیر دما به اکسید و آب تجزیه می‌شوند. هر دو پایه، به ویژه Ca(OH)2، به طور گسترده در صنعت، کشاورزی و نیازهای داخلی استفاده می شود. بیایید کاربرد آنها را بیشتر بررسی کنیم.
زمینه های کاربرد ترکیبات کلسیم و منیزیم
به خوبی شناخته شده است که در ساخت و ساز از یک ماده شیمیایی به نام کرک یا آهک خاموش استفاده می شود. این یک پایه کلسیم است. بیشتر اوقات از واکنش آب با اکسید کلسیم اساسی بدست می آید. خواص شیمیایی هیدروکسیدهای اساسی به آنها اجازه می دهد تا به طور گسترده در شاخه های مختلف اقتصاد ملی مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، برای تمیز کردن ناخالصی ها در تولیدشکر خام، برای به دست آوردن سفید کننده، در سفید کردن نخ پنبه و کتان. قبل از اختراع مبدل‌های یونی - مبدل‌های کاتیونی، از پایه‌های کلسیم و منیزیم در فن‌آوری‌های نرم‌کننده آب استفاده می‌شد که باعث می‌شد از شر هیدروکربن‌هایی که کیفیت آن را کاهش می‌دهند خلاص شوند. برای این کار، آب را با مقدار کمی خاکستر سودا یا آهک خرد شده می جوشاندند. سوسپانسیون آبی هیدروکسید منیزیم می تواند به عنوان دارویی برای بیماران مبتلا به گاستریت برای کاهش اسیدیته شیره معده استفاده شود.
خواص اکسیدها و هیدروکسیدهای اساسی
مهمترین مواد این گروه واکنش با اکسیدهای اسید، اسیدها، بازهای آمفوتریک و نمکها است. جالب توجه است که بازهای نامحلول مانند هیدروکسیدهای مس، آهن یا نیکل را نمی توان با واکنش مستقیم اکسید با آب به دست آورد. در این حالت آزمایشگاه از واکنش بین نمک و قلیایی مربوطه استفاده می کند. در نتیجه پایه هایی تشکیل می شوند که رسوب می کنند. به عنوان مثال، به این ترتیب یک رسوب آبی از هیدروکسید مس، یک رسوب سبز رنگ از یک پایه آهنی به دست می آید. پس از آن، آنها به مواد پودری جامد مربوط به هیدروکسیدهای نامحلول در آب تبخیر می شوند. ویژگی بارز این ترکیبات این است که در اثر دماهای بالا به اکسید و آب مربوطه تجزیه می شوند که در مورد قلیایی ها نمی توان گفت. از این گذشته، پایه های محلول در آب از نظر حرارتی پایدار هستند.
قابلیت الکترولیز
در ادامه بررسی خواص اساسی هیدروکسیدها، اجازه دهید به یک ویژگی دیگر بپردازیم که به وسیله آن می توان پایه های فلزات قلیایی و قلیایی خاکی را از ترکیبات نامحلول در آب تشخیص داد. این عدم امکان تفکیک دومی به یون ها تحت تأثیر جریان الکتریکی است. برعکس، مذاب ها و محلول های هیدروکسیدهای پتاسیم، سدیم، باریم و استرانسیم به راحتی تحت الکترولیز قرار می گیرند و رسانای نوع دوم هستند.
موارد بدست آوردن
در مورد خواص این دسته از مواد معدنی صحبت می کنیم، تا حدی واکنش های شیمیایی که زمینه ساز تولید آنها در شرایط آزمایشگاهی و صنعتی است را فهرست کرده ایم. در دسترس ترین و مقرون به صرفه ترین روش را می توان تجزیه حرارتی سنگ آهک طبیعی دانست که در نتیجه آن آهک زنده به دست می آید. اگر واکنشی را با آب انجام دهید، یک هیدروکسید پایه تشکیل می‌دهد - کلسیم (OH) 2 . مخلوط این ماده با ماسه و آب ملات نامیده می شود. همچنان از آن برای گچ کاری دیوارها، برای چسباندن آجرها و سایر انواع کارهای ساختمانی استفاده می شود. قلیاها را می توان با واکنش اکسیدهای مربوطه با آب نیز به دست آورد. به عنوان مثال: K2O + H2O=2KON. این فرآیند گرمازا است و مقدار زیادی گرما آزاد می شود.
برهم کنش قلیاها با اکسیدهای اسیدی و آمفوتریک
خواص شیمیایی مشخصه بازهای محلول در آب شامل توانایی آنها برای تشکیل نمک در واکنش با اکسیدهای حاوی اتم های غیر فلزی در مولکول ها است.به عنوان مثال، مانند دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد یا اکسید سیلیکون. به ویژه از هیدروکسید کلسیم برای خشک کردن گازها و از هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم برای به دست آوردن کربنات های مربوطه استفاده می شود. اکسیدهای روی و آلومینیوم، مربوط به مواد آمفوتریک، می توانند با اسیدها و قلیاها تعامل داشته باشند. در مورد دوم، ترکیبات پیچیده ای مانند هیدروکسوزینکات سدیم می توانند تشکیل شوند.
واکنش خنثی سازی
یکی از مهمترین خواص بازها، هم نامحلول در آب و هم در قلیاها، توانایی آنها در واکنش با اسیدهای معدنی یا آلی است. این واکنش به برهمکنش بین دو نوع یون کاهش می یابد: گروه هیدروژن و هیدروکسیل. این منجر به تشکیل مولکول های آب می شود: HCI + KOH=KCI + H2O. از نقطه نظر تئوری تفکیک الکترولیتی، کل واکنش به تشکیل یک الکترولیت ضعیف و کمی تفکیک شده - آب کاهش می یابد.
در مثال بالا، نمک متوسطی تشکیل شد - کلرید پتاسیم. اگر هیدروکسیدهای بازی به مقدار کمتر از مقدار لازم برای خنثی سازی کامل اسید پلی بازیک برای واکنش مصرف شوند، پس از تبخیر محصول حاصل، کریستال های نمک اسید پیدا می شود. واکنش خنثی سازی نقش مهمی در فرآیندهای متابولیک رخ می دهد در سیستم های زنده - سلول ها و به آنها اجازه می دهد تا با کمک کمپلکس های بافر خود، مقدار اضافی یون های هیدروژن انباشته شده در واکنش های تجزیه را خنثی کنند.
