Щёлочи

Запрос «Каустик» перенаправляется сюда; о других значениях см. (Каустик (значения)).

Щёлочи (в рус. языке от слова «щёлок»; производное от того же корня, что и др.-исл. skola «стирать») — гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов (кроме амфотерного (гидроксида бериллия) и обладающего слабыми основными свойствами гидроксида магния, они практически нерастворимы в воде) и таллия ((гидроксид таллия(I)) — является щелочью, несмотря на то что таллий это (постпереходный металл), но (гидроксид таллия(III)) уже не является щелочью — это слабое основание, не растворимое в воде). К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания. При электролитической диссоциации щёлочи образуют анионы OH⁻ и катион металла.

К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп IA и IIA (начиная с кальция) периодической системы химических элементов, например NaOH (едкий натр), (KOH) (едкое кали), Ba(OH)₂ (едкий барий). В качестве исключений к щелочам относят гидроксид одновалентного таллия (TlOH), который хорошо растворим в воде и является сильным основанием, и (гидроксид европия(II)) Eu(OH)2. «Едкие щёлочи» — (тривиальное название) гидроксидов лития (LiOH), натрия NaOH, калия (КОН), рубидия (RbOH) и цезия (CsOH). Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки (вызывая сильные химические ожоги), бумагу и другие органические вещества.

Из-за очень большой химической активности щелочных металлов едкие щёлочи долгое время не удавалось разложить и они потому считались простыми веществами. Одним из первых предположение о сложном составе едких щелочей высказал (Лавуазье). Основываясь на своей теории о том, что все простые вещества могут окисляться, Лавуазье решил, что едкие щёлочи — это уже окисленные сложные вещества. Однако подтвердить это удалось лишь (Дэви) в начале XIX века после применения им электрохимии.

Физические свойства

Гидроксиды щелочных металлов ((едкие щёлочи)) представляют собой твёрдые, белые (кроме (гидроксида цезия) - он выглядит грязно-бежевым), очень гигроскопичные вещества. Щёлочи — это сильные основания, очень хорошо растворимые в воде, причём реакция сопровождается значительным тепловыделением, причем вода в растворе может даже закипеть, что очень опасно. Сила основания и растворимость в воде возрастает с увеличением радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самые сильные щёлочи — (гидроксид цезия) (поскольку из-за очень малого периода полураспада гидроксид франция не получен в макроскопических количествах) в группе Ia и (гидроксид радия) в группе IIa. Кроме того, едкие щёлочи растворимы в этаноле и метаноле.

Химические свойства

Щёлочи проявляют осно́вные свойства. В твёрдом состоянии все щёлочи поглощают H₂O, а также CO₂ (также и в состоянии раствора) из воздуха, постепенно превращаясь в карбонаты. Щёлочи широко применяются в промышленности.

Качественные реакции на щёлочи

Водные растворы щелочей изменяют окраску (индикаторов).

Индикатор и номер перехода	х	Интервал pH и номер перехода	Цвет щелочной формы
(Метиловый фиолетовый)		0,13-0,5 [I]		зелёный
[I]		0,2-1,8 [I]		жёлтый
(Метиловый фиолетовый) [II]		1,0-1,5 [II]		синий
(Тимоловый синий) [I]	К	1,2-2,8 [I]		жёлтый
(Тропеолин 00)	О	1,3-3,2		жёлтый
(Метиловый фиолетовый) [III]		2,0-3,0 [III]		фиолетовый
	О	3,0-4,0		жёлтый
(Бромфеноловый синий)	К	3,0-4,6		сине-фиолетовый
(Конго красный)		3,0-5,2		синий
(Метиловый оранжевый)	О	3,1-(4,0)4,4		(оранжево-)жёлтый
	К	3,8-5,4		синий
		3,8-5,4		синий
	К	4,0-6,4		синий
(Метиловый красный)	О	4,2(4,4)-6,2(6,3)		жёлтый
	К	5,0-6,6		красный
(Лакмус) (азолитмин)		5,0-8,0 (4,5-8,3)		синий
(Бромкрезоловый пурпурный)	К	5,2-6,8(6,7)		ярко-красный
(Бромтимоловый синий)	К	6,0-7,6		синий
(Нейтральный красный)	О	6,8-8,0		янтарно-жёлтый
(Феноловый красный)	О	6,8-(8,0)8,4		ярко-красный
[II]	К	7,0(7,2)-8,8 [II]		тёмно-красный
	К	7,3-8,7		синий
(Тимоловый синий) [II]	К	8,0-9,6 [II]		синий
(Фенолфталеин) [I]	К	8,2-10,0 [I]		малиново-красный
(Тимолфталеин)	К	9,3(9,4)-10,5(10,6)		синий
	К	10,1-12,0		коричнево-жёлтый
		10,1-11,1		красный
		10,1-12,0		фиолетовый
(Индигокармин)		11,6-14,0		жёлтый
(Epsilon Blue)		11,6-13,0		тёмно-фиолетовый

Взаимодействие с кислотами

Реакция нейтрализации между гидроксидом натрия и соляной кислотой. Индикаторный агент (бромтимоловый синий).

Щёлочи, как основания, взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды ((реакция нейтрализации)). Это одно из самых важных химических свойств щелочей.

Щёлочь + Кислота → Соль + Вода

${\displaystyle {\mathsf {NaOH+HCl\longrightarrow NaCl+H_{2}O}}}$;

${\displaystyle {\mathsf {NaOH+HNO_{3}\longrightarrow NaNO_{3}+H_{2}O}}}$.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода

${\displaystyle {\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}}$;

Взаимодействие с амфотерными оксидами

${\displaystyle {\mathsf {2KOH+ZnO{\xrightarrow {t^{o}C}}K_{2}ZnO_{2}+H_{2}O}}}$.

Взаимодействие с переходными (амфотерными) металлами

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (${\displaystyle {\mathsf {Zn,Al}}}$ и др). Уравнения этих реакций в упрощённом виде могут быть записаны следующим образом:

${\displaystyle {\mathsf {Zn+2NaOH\longrightarrow Na_{2}ZnO_{2}+H_{2}\uparrow }}}$;

${\displaystyle {\mathsf {2Al+2KOH+2H_{2}O\longrightarrow 2KAlO_{2}+3H_{2}\uparrow }}}$.

Реально в ходе этих реакций в растворах образуются гидроксокомплексы (продукты гидратации указанных выше солей):

${\displaystyle {\mathsf {Zn+2NaOH+2H_{2}O\longrightarrow Na_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}}$;

${\displaystyle {\mathsf {2Al+2KOH+6H_{2}O\longrightarrow 2K[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}}$;

Взаимодействие с растворами солей

Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль:

Раствор щёлочи + Раствор соли → Новое основание + Новая соль

${\displaystyle {\mathsf {2NaOH+CuSO_{4}\longrightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}}$;

${\displaystyle {\mathsf {Ba(OH)_{2}+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow 2NaOH+BaSO_{4}\downarrow }}}$;

Получение

Растворимые основания получают различными способами.

Электролиз растворов солей щелочных/щёлочноземельных металлов

Путём электролиза хлоридов щелочных металлов

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2

Реакцию нужно проводить под вытяжкой, так как выделяющийся хлор очень вреден для здоровья.

Реакция воды с Щелочными/Щёлочноземельными металлами

Реакцией воды с металлами IA группы и IIA группы, можно получить гидроксид и водород, который может самовоспламениться из-за высоких температур реакции.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Реакция воды с оксидами и пероксидами Щелочных/Щелочноземельных металлов

Реакций оксид и пероксидов Щ и ЩЗ металлов с водой, можно получить основания, продукты реакции зависят от нагрева в случае пероксидов

Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2

2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2 (t°)

CaO + H2O = Ca(OH)2

Взаимодействие щелочей с растворимыми солями с образованием другой щелочи и нерастворимой соли

При реакции щелочей с растворимыми солями образуется образуется новая соль (Для удачного исхода реакции, конечным продуктом должна быть именно нерастворимая соль иначе мы получим лишь раствор свободных ионов) и щелочь.

3LiOH + K3PO4 = Li3PO4 + 3KOH

Реакция соли Щелочноземельного металла которая подвергается гидролизу.

При реакции солей ЩЗ металлов, которые готовы вступить в реакцию с водой (узнать это можно по таблице растворимости) образуется щелочь и кислота (в зависимости от кислотного аниона)

SrS + H2O = Sr(OH)2 + H2S (t°)

Применение

Щёлочи широко применяются в различных производствах и медицине; также для дезинфекции прудов в рыбоводстве и как удобрение, в качестве электролита для щелочных аккумуляторов.

В почвоведении

Слабощелочная почва в почвоведении — это почва, водородный показатель которой выше 7,3. Большинство растений предпочитает слабокислые почвы (с pH от 6,0 до 6,8). (Кочанная капуста) предпочитает щелочные почвы, и это может помешать другим растениям.

Примечания

1. Щёлок от 9 декабря 2017 на Wayback Machine // (Словарь Фасмера)
2. А. С. Арсеньев. Анализ развивающегося понятия. М., «Наука», 1067. С. 332.
3. *Столбец «х» — характер индикатора: К—кислота, О—основание.
4. (Фенолфталеин) в сильно щелочной среде обесцвечивается. В среде концентрированной серной кислоты также он даёт красную окраску, обусловленную строением катиона фенолфталеина, хотя и не такую интенсивную. Эти малоизвестные факты могут привести к ошибкам при определении реакции среды.
5. ^[англ.]. — 1888.

Литература

• (Колотов С. С.) Щёлочи // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Едкие щёлочи // (Казахстан. Национальная энциклопедия) (рус.). — Алматы: (Қазақ энциклопедиясы), 2005. — Т. II. — . (CC BY-SA 3.0)

При написании этой статьи использовался материал из издания «(Казахстан. Национальная энциклопедия)» (1998—2007), предоставленного редакцией «Қазақ энциклопедиясы» по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.