המחלקות העיקריות של חומרים אנאורגניים, בנוסף לתחמוצות, חומצות ומלחים, כוללות קבוצה של תרכובות הנקראות בסיסים או הידרוקסידים. לכולם יש תוכנית מבנה מולקולרית אחת: הם מכילים בהכרח קבוצת הידרוקסיל אחת או יותר המחוברות ליון מתכת בהרכבו. הידרוקסידים הבסיסיים קשורים גנטית לתחמוצות מתכות ולמלחים, מה שקובע לא רק את התכונות הכימיות שלהם, אלא גם שיטות להשגה במעבדה ובתעשייה.
ישנן מספר צורות של סיווג בסיסים, המבוססות הן על מאפייני המתכת שהיא חלק מהמולקולה, והן על יכולתו של החומר להתמוסס במים. במאמר שלנו, נשקול את התכונות הללו של הידרוקסידים, וכן נכיר את התכונות הכימיות שלהם, שבהן תלוי השימוש בבסיסים בתעשייה ובחיי היומיום.
נכסים פיזיים
כל הבסיסים הנוצרים על ידי מתכות פעילות או טיפוסיות הם מוצקים עם מגוון רחב של נקודות התכה. ביחס למים, הםמחולקים למסיסים מאוד - אלקליים ובלתי מסיסים במים. לדוגמה, הידרוקסידים בסיסיים המכילים יסודות מקבוצה IA כקטיונים מתמוססים בקלות במים והם אלקטרוליטים חזקים. הם סבוניים למגע, מאכלים בד, עור ונקראים אלקליות. כאשר הם מתנתקים בתמיסה, מתגלים יונים OH-, שנקבעים באמצעות אינדיקטורים. לדוגמה, פנולפטלין חסר צבע הופך לארגמן במדיום אלקליין. גם תמיסות וגם נמסים של נתרן, אשלגן, בריום וסידן הידרוקסידים הם אלקטרוליטים; מוליכים חשמל ונחשבים מוליכים מהסוג השני. בסיסים מסיסים, הנפוצים ביותר בתעשייה, כוללים כ-11 תרכובות, כגון הידרוקסידים בסיסיים של נתרן, אשלגן, אמוניום וכו'.
מבנה מולקולת הבסיס
קשר יוני נוצר בין קטיון מתכת לאניונים של קבוצות הידרוקסיל במולקולת חומר. הוא חזק מספיק עבור הידרוקסידים בלתי מסיסים במים, ולכן מולקולות מים קוטביות אינן מסוגלות להרוס את סריג הגביש של תרכובת כזו. אלקליים הם חומרים יציבים ולמעשה אינם יוצרים תחמוצת ומים בחימום. לפיכך, הידרוקסידים הבסיסיים של אשלגן ונתרן רותחים בטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס, בעוד שהם אינם מתפרקים. בנוסחאות הגרפיות של כל הבסיסים, ניתן לראות בבירור שאטום החמצן של קבוצת ההידרוקסיל קשור בקשר קוולנטי אחד לאטום המתכת, והשני לאטום המימן. מבנה המולקולה וסוג הקשר הכימי קובעים לא רק פיסיקלי, אלאוכל המאפיינים הכימיים של חומרים. בואו נתעכב עליהם ביתר פירוט.
סידן ומגנזיום ותכונות התכונות של התרכובות שלהם
שני היסודות הם נציגים טיפוסיים של מתכות פעילות ויכולים לקיים אינטראקציה עם חמצן ומים. התוצר של התגובה הראשונה הוא תחמוצת בסיסית. ההידרוקסיד נוצר כתוצאה מתהליך אקסותרמי המשחרר כמות גדולה של חום. בסיסי סידן ומגנזיום הם חומרים אבקתיים לבנים מסיסים בקושי. לרוב משתמשים בשמות הבאים לתרכובות סידן: חלב סיד (אם הוא תרחיף במים) ומי סיד. בהיותו הידרוקסיד בסיסי טיפוסי, Ca(OH)2 יוצר אינטראקציה עם תחמוצות חומציות ואמפוטריות, חומצות ובסיסים אמפוטריים, כגון הידרוקסידים של אלומיניום ואבץ. שלא כמו אלקליות טיפוסיות עמידות בחום, תרכובות מגנזיום וסידן מתפרקות לתחמוצת ומים בהשפעת הטמפרטורה. שני הבסיסים, במיוחד Ca(OH)2, נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה, בחקלאות ובצרכים ביתיים. בואו נשקול את הבקשה שלהם עוד יותר.
שדות יישום של תרכובות סידן ומגנזיום
ידוע שבנייה משתמשת בחומר כימי שנקרא מוך או סיד מושפל. זהו בסיס סידן. לרוב זה מתקבל על ידי תגובה של מים עם תחמוצת סידן בסיסית. המאפיינים הכימיים של הידרוקסידים הבסיסיים מאפשרים להם להיות בשימוש נרחב בענפים שונים של הכלכלה הלאומית. למשל, לניקוי זיהומים בייצורסוכר גולמי, להשגת אקונומיקה, בהלבנת חוטי כותנה ופשתן. לפני המצאת מחליפי היונים - מחליפי קטיון, בסיסי סידן ומגנזיום שימשו בטכנולוגיות ריכוך מים, שאפשרו להיפטר מפחמימנים הפוגעים באיכותם. לשם כך, הרתחו מים עם כמות קטנה של אפר סודה או סיד שפוי. תרחיף מימי של מגנזיום הידרוקסיד יכול לשמש כתרופה לחולי גסטריטיס להפחתת החומציות של מיץ הקיבה.
מאפיינים של תחמוצות בסיסיות והידרוקסידים
החשובים ביותר לחומרים מקבוצה זו הם תגובות עם תחמוצות חומצה, חומצות, בסיסים אמפוטריים ומלחים. מעניין שלא ניתן להשיג בסיסים בלתי מסיסים כגון הידרוקסידים של נחושת, ברזל או ניקל על ידי תגובה ישירה של התחמוצת עם מים. במקרה זה, המעבדה משתמשת בתגובה בין המלח המתאים לאלקלי. כתוצאה מכך נוצרים בסיסים שמשקעים. כך למשל מתקבל משקע כחול של הידרוקסיד נחושת, משקע ירוק של בסיס ברזל. לאחר מכן, הם מתאדים לחומרים אבקתיים מוצקים הקשורים להידרוקסידים בלתי מסיסים במים. תכונה ייחודית של תרכובות אלה היא שבפעולת טמפרטורות גבוהות הן מתפרקות לתחמוצת ולמים המתאימים, מה שלא ניתן לומר על אלקליות. אחרי הכל, בסיסים מסיסים במים הם יציבים תרמית.
יכולת אלקטרוליזה
נמשיך לחקור את התכונות הבסיסיות של הידרוקסידים, בואו נתעכב על תכונה נוספת שבאמצעותה ניתן להבחין בין הבסיסים של מתכות אלקליות ואדמה אלקליין לבין תרכובות בלתי מסיסות במים. זוהי חוסר האפשרות של האחרון להתנתק ליונים בהשפעת זרם חשמלי. להיפך, נמסים ותמיסות של הידרוקסידים של אשלגן, נתרן, בריום וסטרונציום נתונים בקלות לאלקטרוליזה והם מוליכים מהסוג השני.
קבלת שטח
אם כבר מדברים על התכונות של מחלקה זו של חומרים אנאורגניים, פירטנו חלקית את התגובות הכימיות העומדות בבסיס ייצורם בתנאי מעבדה ותעשייתיים. השיטה הנגישה והחסכונית ביותר יכולה להיחשב לפירוק תרמי של אבן גיר טבעית, וכתוצאה מכך מתקבל גיר חצוף. אם אתה מבצע תגובה עם מים, אז זה יוצר הידרוקסיד בסיסי - Ca (OH) 2. תערובת של חומר זה עם חול ומים נקראת מרגמה. הוא ממשיך לשמש לסיוד קירות, להדבקת לבנים ובשאר סוגי עבודות הבנייה. ניתן להשיג אלקליס גם על ידי תגובה של התחמוצות המקבילות עם מים. לדוגמה: K2O + H2O=2KON. התהליך הוא אקסותרמי עם שחרור של כמות גדולה של חום.
אינטראקציה של אלקליות עם תחמוצות חומציות ואמפוטריות
התכונות הכימיות האופייניות של בסיסים מסיסים במים כוללות את יכולתם ליצור מלחים בתגובות עם תחמוצות המכילות אטומים שאינם מתכתיים במולקולות,לדוגמה, כגון פחמן דו חמצני, דו תחמוצת גופרית או תחמוצת סיליקון. בפרט, סידן הידרוקסיד משמש לייבוש גזים, ונתרן הידרוקסיד ואשלגן כדי להשיג את הקרבונטים המתאימים. תחמוצות של אבץ ואלומיניום, הקשורות לחומרים אמפוטריים, יכולות לקיים אינטראקציה עם חומצות ועם אלקליות כאחד. במקרה האחרון, יכולות להיווצר תרכובות מורכבות, כגון סודיום הידרוקסוזין.
תגובת ניטרול
אחת התכונות החשובות ביותר של בסיסים, הן בלתי מסיסים במים והן באלקליות, היא יכולתם להגיב עם חומצות אנאורגניות או אורגניות. תגובה זו מצטמצמת לאינטראקציה בין שני סוגי יונים: מימן וקבוצות הידרוקסיל. זה מוביל ליצירת מולקולות מים: HCI + KOH=KCI + H2O. מנקודת המבט של תורת הדיסוציאציה האלקטרוליטית, כל התגובה מצטמצמת להיווצרות אלקטרוליט חלש, מעט מנותק - מים.
בדוגמה לעיל, נוצר מלח ממוצע - אשלגן כלורי. אם נלקחים הידרוקסידים בסיסיים לתגובה בכמות פחותה מהנדרש לנטרול מוחלט של החומצה הרב-בסיסית, אז עם אידוי התוצר המתקבל, מוצאים גבישים של מלח החומצה. תגובת הנטרול ממלאת תפקיד חשוב בתהליכים המטבוליים המתרחשים במערכות חיות - תאים ומאפשרת להם, בעזרת קומפלקסים חיץ משלהם, לנטרל את כמות יוני המימן העודפת המצטברת בתגובות פיסול.
