Химия – наука, изучающая различные реакции, протекающие в природе, а также взаимодействия одних соединений с другими. Основными веществами здесь являются кислоты и щелочи, реакции между которыми обычно называются нейтрализацией. Они приводят к образованию растворимой в воде соли.
Что такое щелочь
Гидроксиды щелочных (металлы первой группы главной (А) подгруппы в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева) и щелочноземельных (металлы второй группы главной (А) подгруппы, включая кальций) металлов, которые бурно взаимодействуют с водой и полностью в ней растворяются, называются щелочами. Так как они способны разрушать органический материал (кожу, древесину, бумагу), их называют едкими. Например, гидроксид калия (KOH) – едкий калий, бария (Ba(OH)2) – едкий барий и так далее.
Физические свойства сильных оснований
Исходя из определения, что такое щелочь, можно добавить, что эти гидроксиды также представляют собой твердые гигроскопичные (способные поглощать из воздуха пары воды) вещества белого цвета. К самым сильным щелочам относятся гидроксиды цезия CsOH и радия Ra(OH)2. Реакции щелочей чаще всего сопровождаются выделением тепла (экзотермические). Также к физическим свойствам таких оснований можно отнести их способность растворяться в некоторых органических соединениях, например, в спиртах: метаноле и этаноле.
Химические свойства
Растворы щелочей способны вступать в различные реакции.
Сильные основания обладают способностью взаимодействовать с кислотными и амфотерными оксидами:
- KOH + SO3 = K2SO4 + H2O (SO3 – кислотный оксид);
- 2KOH + Al2O3 = 2KAlO2 + H2O (реакция сплавления, проходит при нагревании, где Al2O3 – амфотерный оксид);
- 2KOH + Al2O3 + 3H2O = 2K[Al(OH)4] (реакция проходит с образованием растворимой комплексной соли – тетрагидроксоалюмината калия).
При реагировании с амфотерными металлами (Zn, Al и прочие) также возможно образование как расплава, так и соответствующей комплексной соли. Причем обе реакции сопровождаются выделением газообразного водорода:
- 2KOH + 2Al = 2KAlO2 + H2;
- 2KOH + 2Al + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2.
Также щелочи способны реагировать с солями, в результате чего образуется другое основание и другая соль. Условием протекания реакции является то, что в результате одно из образовавшихся веществ должно быть не растворимо в воде:
NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2.
Как уже было упомянуто ранее, щелочи и кислоты вступают в реакцию нейтрализации, образуется соль и вода:
NaOH + HCl = NaCl + H2O.
Щелочи вступают в реакцию с другими основаниями только, если это гидроксиды амфотерных металлов:
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4].
Некоторые из них могут вступать во взаимодействие со многими органическими веществами: эфирами, амидами, многоатомными спиртами:
2C2H6O2 + 2NaOH = C2H4O2Na2 + 2H2O (продукт реакции – алкоголят натрия).
Как получают сильные основания
Щелочи получают разными способами как в промышленности, так и в лабораториях.
В промышленной индустрии существуют несколько методов получения щелочей: пиролиз, известковый, ферритный, электролиз, который делится на диафрагменный, мембранный и ртутный методы на жидких и твердых катодах.
Это электролиз растворов хлоридов натрия и калия, после чего на аноде и катоде выделяются хлор и водород, и получаются соответствующие гидроксиды:
- 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH;
- 2KCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2KOH.
При пиролизе в 1000 градусов на первом этапе происходит образование оксида натрия:
Na2CO3 = Na2O + CO2.
На втором этапе полученный охлажденный оксид растворяют в воде, в результате чего и получается необходимая щелочь:
Na2O + H2O = 2NaOH.
В лабораториях также применяется электролиз. Еще щелочи могут получиться путем воздействия на соответствующие металлы водой или взаимодействия солей этих металлов с другими основаниями, в результате чего получается необходимая щелочь и нерастворимый в воде второй продукт реакции – соль.
При взаимодействии цезия и воды получается гидроксид цезия и выделяется водород (реакция протекает даже при температуре -120 градусов):
2Cs + 2H2O = 2CsOH + H2.
В результате действия воды на оксид лития получается щелочь:
Li2O + 2H2O = 2LiOH + H2.
Применение
Опираясь на само определение того, что такое щелочь, можно понять, что они находят широкое применение не только в промышленности, но и в быту:
- Дезинфекция прудов при рыболовстве.
- В качестве удобрения.
- В фармацевтике.
- При производстве бумаги.
- Производство синтетического каучука.
- Получение мыла и моющих средств.
- Компоненты электролитов в щелочных аккумуляторах.
- Поглотитель углекислого газа (гидроксид лития).
- Производство смазочных материалов.
- Красители при изготовлении продуктов питания (пищевые добавки).
- Электролиты в батарейках (гидроксид калия).
- Очистка канализационных труб и раковин от пищевых засоров.
- Нейтрализация кислот.
- Катализаторы в химических отраслях.
- Химическая обработка фотографий.
Меры предосторожности
Становится очевидным, что такие щелочи, как гидроксиды натрия, лития, калия, цезия и прочие, способны сильно повреждать и обжигать кожу и слизистые оболочки глаз даже при попадании туда мельчайших частиц соединения. Чтобы предотвратить это, необходимо носить защитные очки, резиновые перчатки, а также спецодежду, которая обработана специальными веществами, не позволяющими материалу взаимодействовать со щелочами.
