חומצה הידרוקסיד הם תרכובות אנאורגניות של קבוצת הידרוקסיל -OH ומתכת או לא מתכת עם מצב חמצון של +5, +6. שם נוסף הוא חומצות אנאורגניות המכילות חמצן. התכונה שלהם היא חיסול של פרוטון במהלך דיסוציאציה.
סיווג של הידרוקסידים
Hydroxides נקראים גם הידרוקסידים ו-vodoxides. כמעט בכל היסודות הכימיים יש אותם, חלקם מופצים באופן נרחב בטבע, למשל, המינרלים הידררגילליט וברוסיט הם אלומיניום ומגנזיום הידרוקסידים, בהתאמה.
הבחנה בין סוגי הידרוקסידים הבאים:
- basic;
- אמפוטרי;
- acid.
הסיווג מבוסס על האם התחמוצת שיוצרת את ההידרוקסיד היא בסיסית, חומצית או אמפוטרית.
נכסים כלליים
המעניינות ביותר הן תכונות החומצה-בסיס של תחמוצות והידרוקסידים, שכן האפשרות לתגובות תלויה בהן. האם ההידרוקסיד יציג תכונות חומציות, בסיסיות או אמפוטריות תלוי בחוזק הקשר בין חמצן, מימן והיסוד.
חוזק היונים מושפעפוטנציאל, עם עלייה שבה התכונות הבסיסיות של הידרוקסידים נחלשות ותכונות החומציות של הידרוקסידים עולות.
הידרוקסידים גבוהים יותר
הידרוקסידים גבוהים יותר הם תרכובות שבהן היסוד היוצר נמצא במצב החמצון הגבוה ביותר. אלו הם בין כל הסוגים בכיתה. דוגמה לבסיס הוא מגנזיום הידרוקסיד. אלומיניום הידרוקסיד הוא אמפוטרי, בעוד שחומצה פרכלורית יכולה להיות מסווגת כהידרוקסיד חומצי.
ניתן לאתר שינוי במאפיינים של חומרים אלה בהתאם ליסוד היוצר לפי המערכת המחזורית של D. I. Mendeleev. התכונות החומציות של הידרוקסידים הגבוהים יותר גדלות משמאל לימין, בעוד שהתכונות המתכתיות, בהתאמה, נחלשות בכיוון זה.
הידרוקסידים בסיסיים
במובן הצר, סוג זה נקרא בסיס, מכיוון שהאניון OH מתפצל במהלך הדיסוציאציה שלו. המפורסמות מבין התרכובות הללו הן אלקליות, למשל:
- סיד מושפל Ca(OH)2 בשימוש בחדרי הלבנה, שיזוף עור, הכנת נוזלים נגד פטריות, טיט ובטון, ריכוך מים, הפקת סוכר, אקונומיקה ודשן, קוסטיזציה של נתרן ואשלגן קרבונטים, ניטרול תמיסות חומציות, איתור פחמן דו חמצני, חיטוי, הפחתת עמידות הקרקע, כתוסף מזון.
- KOH אשלג קאוסטי בשימוש בצילום, זיקוק נפט, מזון, נייר ותעשיות מתכות, כמו גם סוללה אלקליין, מנטרל חומצה, זרז, מטהר גז, ווסת pH, אלקטרוליט,רכיב של חומרי ניקוי, נוזלי קידוח, צבעים, דשנים, אשלג חומרים אורגניים ואי-אורגניים, חומרי הדברה, תכשירים פרמצבטיים לטיפול ביבלות, סבונים, גומי סינטטי.
- סודה קאוסטית NaOH, הנדרשת לתעשיית העיסה והנייר, סיבון שומנים בייצור חומרי ניקוי, נטרול חומצה, ייצור ביודיזל, המסת סתימות, הסרת גז של חומרים רעילים, עיבוד כותנה וצמר, שטיפת עובש, ייצור מזון, קוסמטולוגיה, צילום.
הידרוקסידים הבסיסיים נוצרים כתוצאה מאינטראקציה עם מים של תחמוצות המתכת המתאימות, ברוב המוחלט של המקרים עם מצב חמצון של +1 או +2. אלה כוללים יסודות אלקליין, אדמה אלקליין ויסודות מעבר.
בנוסף, ניתן להשיג בסיסים בדרכים הבאות:
- אינטראקציה של אלקלי עם מלח של מתכת פעילה נמוכה;
- תגובה בין יסוד אדמה אלקליין או אלקליין למים;
- על ידי אלקטרוליזה של תמיסה מימית של מלח.
הידרוקסידים חומציים ובסיסיים יוצרים אינטראקציה זה עם זה ויוצרים מלח ומים. תגובה זו נקראת נטרול והיא בעלת חשיבות רבה לניתוח טיטרימטרי. בנוסף, הוא משמש בחיי היומיום. כאשר חומצה נשפכת, ניתן לנטרל מגיב מסוכן עם סודה, וחומץ משמש עבור אלקלי.
בנוסף, הידרוקסידים בסיסיים מעבירים את שיווי המשקל היוני במהלך הדיסוציאציה בתמיסה, המתבטאת בשינוי בצבעי האינדיקטורים, ונכנסים לתגובות חליפין.
בעת חימום, תרכובות בלתי מסיסות מתפרקות לתחמוצת ומים, והאלקליות נמסות. הידרוקסיד בסיסי ותחמוצת חומצית יוצרים מלח.
הידרוקסידים אמפוטריים
יסודות מסוימים, בהתאם לתנאים, מציגים תכונות בסיסיות או חומציות. הידרוקסידים המבוססים עליהם נקראים אמפוטריים. קל לזהות אותם לפי המתכת הכלולה בהרכב, שיש לה מצב חמצון של +3, +4. לדוגמה, חומר ג'לטיני לבן - אלומיניום הידרוקסיד Al(OH)3, המשמש לטיהור מים בשל יכולת הספיגה הגבוהה שלו, בייצור חיסונים כחומר המגביר את התגובה החיסונית, ברפואה לטיפול במחלות תלויות חומצה במערכת העיכול. הוא גם משולב לעתים קרובות בפלסטיק מעכב בעירה ופועל כנשא לזרזים.
אבל יש יוצאים מן הכלל כאשר הערך של מצב החמצון של היסוד הוא +2. זה אופייני לבריליום, בדיל, עופרת ואבץ. הידרוקסיד של המתכת האחרונה Zn(OH)2 נמצא בשימוש נרחב בתעשיות כימיות, בעיקר לסינתזה של תרכובות שונות.
תוכל לקבל הידרוקסיד אמפוטרי על ידי תגובה של תמיסה של מלח מתכת מעבר עם אלקלי מדולל.
הידרוקסיד אמפוטרי ותחמוצת חומצה, אלקלי או חומצה יוצרים מלח בעת אינטראקציה. חימום הידרוקסיד מוביל לפירוקו למים ולמטהידרוקסיד, אשר לאחר חימום נוסף, הופך לתחמוצת.
אמפוטרי והידרוקסידים חומציים מתנהגים באותו אופן במדיום אלקליין. בעת אינטראקציה עם חומצות, הידרוקסידים אמפוטריים פועלים כבסיסים.
Hydrooxides חומצה
סוג זה מאופיין בנוכחות של יסוד במצב חמצון מ-+4 עד +7. בתמיסה, הם מסוגלים לתרום קטיון מימן או לקבל זוג אלקטרונים וליצור קשר קוולנטי. לרוב יש להם מצב צבירה של נוזל, אבל יש ביניהם גם מוצקים.
יוצר תחמוצת חומצית הידרוקסית המסוגלת ליצור מלח ומכילה מתכת שאינה מתכת או מתכת מעבר. התחמוצת מתקבלת כתוצאה מחמצון של לא מתכת, פירוק של חומצה או מלח.
התכונות החומציות של הידרוקסידים מתבטאות ביכולתם לצבוע אינדיקטורים, להמיס מתכות פעילות עם התפתחות מימן, להגיב עם בסיסים ותחמוצות בסיסיות. התכונה הייחודית שלהם היא השתתפות בתגובות חיזור. במהלך התהליך הכימי, הם מצמידים לעצמם חלקיקים אלמנטריים בעלי מטען שלילי. היכולת לפעול כמקבל אלקטרונים נחלשת על ידי דילול והמרה למלחים.
לפיכך, ניתן להבחין לא רק בתכונות החומצה-בסיס של הידרוקסידים, אלא גם בתכונות המחמצנות.
חומצה חנקתית
HNO3 נחשבת לחומצה חד-בסיסית חזקה. הוא רעיל מאוד, מותיר כיבים על העור עם כתמים צהובים של המיכל, והאדים שלו מגרים באופן מיידי את רירית הנשימה. השם הישן הוא וודקה חזקה. הכוונה היא להידרוקסידים חומציים, בתמיסות מימיותמתפרק לחלוטין ליונים. כלפי חוץ, זה נראה כמו נוזל חסר צבע שמתאדה באוויר. תמיסה מימית מרוכזת נחשבת ל-60 - 70% מהחומר, ואם התכולה עולה על 95%, היא נקראת חומצה חנקתית מעושנת.
ככל שהריכוז גבוה יותר, הנוזל נראה כהה יותר. ייתכן אפילו שיהיה לו צבע חום עקב פירוק לתחמוצת, חמצן ומים באור או בחימום קל, לכן יש לאחסן אותו בכלי זכוכית כהה במקום קריר.
התכונות הכימיות של חומצה הידרוקסיד הן כאלה שניתן לזקק אותו ללא פירוק רק בלחץ מופחת. כל המתכות מגיבות איתו מלבד זהב, חלק מנציגי קבוצת הפלטינה והטנטלום, אך התוצר הסופי תלוי בריכוז החומצה.
לדוגמה, חומר של 60%, באינטראקציה עם אבץ, נותן חנקן דו חמצני כתוצר הלוואי השולט, 30% - חד חמצני, 20% - תחמוצת דיניטרוגן (גז צחוק). אפילו ריכוזים נמוכים יותר של 10% ו-3% נותנים לחומר פשוט חנקן בצורת גז ואמוניום חנקתי, בהתאמה. כך ניתן לקבל מהחומצה תרכובות ניטרו שונות. כפי שניתן לראות מהדוגמה, ככל שהריכוז נמוך יותר, כך הפחתת החנקן עמוקה יותר. גם פעילות המתכת משפיעה על זה.
חומר יכול להמיס זהב או פלטינה רק בהרכב של אקווה רג'יה - תערובת של שלושה חלקים של חומצה הידרוכלורית וחומצה חנקתית אחת. זכוכית ו-PTFE עמידים בפניו.
בנוסף למתכות, החומר מגיב עםתחמוצות בסיסיות ואמפוטריות, בסיסים, חומצות חלשות. בכל המקרים, התוצאה היא מלחים, עם לא מתכות - חומצות. לא כל התגובות מתרחשות בבטחה, לדוגמה, אמינים וטרפנטין נדלקים באופן ספונטני במגע עם הידרוקסיד במצב מרוכז.
מלחים נקראים חנקות. כאשר הם מחוממים, הם מתפרקים או מציגים תכונות חמצון. בפועל, הם משמשים כדשנים. הם למעשה אינם מתרחשים בטבע עקב מסיסות גבוהה, לכן, כל המלחים מלבד אשלגן ונתרן מתקבלים באופן מלאכותי.
החומצה עצמה מתקבלת מאמוניה מסונתזת ובמידת הצורך מרוכזת בכמה דרכים:
- שינוי מאזן על ידי הגדלת לחץ;
- על ידי חימום בנוכחות חומצה גופרתית;
- זיקוק.
יתר על כן, הוא משמש בייצור של דשנים מינרליים, צבעים ותרופות, התעשייה הצבאית, גרפיקה של כן ציור, תכשיטים, סינתזה אורגנית. מדי פעם משתמשים בחומצה מדוללת בצילום כדי להחמצת תמיסות גוון.
חומצה גופרתית
Н2SO4 היא חומצה דו-בסיסית חזקה. זה נראה כמו נוזל שמן כבד חסר צבע, חסר ריח. השם המיושן הוא ויטריול (תמיסה מימית) או שמן ויטריול (תערובת עם גופרית דו חמצנית). שם זה ניתן בשל העובדה שבתחילת המאה ה-19 הופקה גופרית במפעלי ויטריול. כמחווה למסורת, הידרטים סולפטים נקראים עד היום ויטריול.
ייצור החומצה מבוסס בקנה מידה תעשייתי והוא כ-200 מיליון טון בשנה. הוא מתקבל על ידי חמצון דו תחמוצת הגופרית עם חמצן או דו תחמוצת החנקן בנוכחות מים, או על ידי תגובה של מימן גופרתי עם גופרת נחושת, כסף, עופרת או כספית. החומר המרוכז שנוצר הוא חומר מחמצן חזק: הוא מחליף הלוגנים מהחומצות המתאימות, הופך פחמן וגופרית לתחמוצות חומצה. לאחר מכן ההידרוקסיד מופחת לגופרית דו-חמצנית, מימן גופרתי או גופרית. חומצה מדוללת בדרך כלל אינה מציגה תכונות חמצון ויוצרת מלחים או אסטרים בינוניים וחומציים.
ניתן לזהות ולזהות את החומר על ידי תגובה עם מלחי בריום מסיסים, כתוצאה מכך משקע לבן של סולפט.
החומצה משמשת עוד בעיבוד עפרות, ייצור דשנים מינרליים, סיבים כימיים, צבעים, עשן וחומרי נפץ, תעשיות שונות, סינתזה אורגנית, כאלקטרוליט, להשגת מלחים מינרליים.
אבל השימוש טומן בחובו סכנות מסוימות. חומר מאכל גורם לכוויות כימיות במגע עם עור או ריריות. בשאיפה מופיע לראשונה שיעול, ולאחר מכן - מחלות דלקתיות של הגרון, קנה הנשימה והסמפונות. חריגה מהריכוז המרבי המותר של 1 מ ג למטר מעוקב היא קטלנית.
אתה יכול להיתקל באדי חומצה גופרתית לא רק בתעשיות מיוחדות, אלא גם באווירה של העיר. זה קורה כאשר כימיים ומתכותמפעלים פולטים תחמוצות גופרית, שיורדות לאחר מכן כגשם חומצי.
כל הסכנות הללו הובילו לכך שמחזור הדם של חומצה גופרתית המכילה יותר מ-45% ריכוז מסה ברוסיה מוגבל.
חומצה גופרתית
Н2SO3 - חומצה חלשה יותר מחומצה גופרתית. הנוסחה שלו שונה באטום חמצן אחד בלבד, אבל זה הופך אותו לבלתי יציב. הוא לא מבודד במצב חופשי; הוא קיים רק בתמיסות מימיות מדוללות. ניתן לזהות אותם לפי ריח חריף ספציפי, המזכיר גפרור שרוף. וכדי לאשר את נוכחותו של יון סולפיט - על ידי תגובה עם אשלגן פרמנגנט, וכתוצאה מכך התמיסה האדומה-סגולה הופכת חסרת צבע.
חומר בתנאים שונים יכול לפעול כחומר מפחית וכחומר מחמצן, ליצור מלחים חומציים ובינוניים. הוא משמש לשימור מזון, השגת תאית מעץ, וכן להלבנה עדינה של צמר, משי וחומרים אחרים.
חומצה אורתופוספורית
H3PO4 היא חומצה בעוצמה בינונית שנראית כמו גבישים חסרי צבע. חומצה אורתופוספורית נקראת גם תמיסה של 85% של גבישים אלו במים. הוא מופיע כנוזל חסר ריח וסירופ הנוטה להיפותרמיה. חימום מעל 210 מעלות צלזיוס גורם לו להפוך לחומצה פירו-זרחתית.
חומצה זרחתית מתמוססת היטב במים, מנטרלת עם אלקליות ואמוניה הידרט, מגיבה עם מתכות,יוצר תרכובות פולימריות.
אתה יכול להשיג את החומר בדרכים שונות:
- מסת זרחן אדום במים בלחץ, בטמפרטורה של 700-900 מעלות, באמצעות פלטינה, נחושת, טיטניום או זירקוניום;
- זרחן אדום רותח בחומצה חנקתית מרוכזת;
- על ידי הוספת חומצה חנקתית מרוכזת חמה לפוספין;
- חמצון חמצן פוספין ב-150 מעלות;
- חשיפת טטרפוספור דקאאוקסיד לטמפרטורה של 0 מעלות, ולאחר מכן עליה בהדרגה ל-20 מעלות ומעבר חלק לרתיחה (יש צורך במים בכל השלבים);
- מסת תחמוצת פנטכלוריד או זרחן טריכלוריד במים.
השימוש במוצר המתקבל הוא רחב. בעזרתו מופחת מתח פני השטח ומסירים תחמוצות ממשטחים המתכוננים להלחמה, מנקים מתכות מחלודה ונוצר סרט מגן על פני השטח שלהן המונע קורוזיה נוספת. בנוסף, חומצה אורתופוספורית משמשת במקפיאים תעשייתיים ולמחקר בביולוגיה מולקולרית.
כמו כן, התרכובת היא חלק מנוזלים הידראוליים תעופה, תוספי מזון ומווסת חומציות. הוא משמש בגידול בעלי חיים למניעת אורוליתיאזיס אצל מינקים וברפואת שיניים לצורך מניפולציות לפני המילוי.
חומצה פוספורית
H4R2O7 - חומצה מאופיינת כחזקה בראשון שלב וחלש באחרים. היא נמסה בליפירוק, שכן תהליך זה דורש חימום בוואקום או נוכחות של חומצות חזקות. הוא מנוטרל על ידי אלקליות ומגיב עם מי חמצן. השג אותו באחת מהדרכים הבאות:
- מפרק טטרפוספור דקאאוקסיד במים בטמפרטורת אפס ולאחר מכן מחממים אותו ל-20 מעלות;
- על ידי חימום חומצה זרחתית ל-150 מעלות;
- תגובה של חומצה זרחתית מרוכזת עם טטרפוספור דקאאוקסיד ב-80-100 מעלות.
משמש בעיקר לייצור דשנים.
מלבד אלה, ישנם נציגים רבים אחרים של הידרוקסידים חומציים. לכל אחד מהם מאפיינים ומאפיינים משלו, אך באופן כללי, התכונות החומציות של תחמוצות והידרוקסידים נעוצות ביכולתם לפצל מימן, להתפרק, ליצור אינטראקציה עם אלקליות, מלחים ומתכות.
