Как взаимодействует кислота и щелочь. Гидролиз щелочных\щелочноземельных металлов. Использование щелочи в окружающей нас среде

Щелочи — это водорастворимые сильные основания. В настоящее время в химии принята теория Брёнстеда — Лоури и Льюиса, которая определяет кислоты и основания. В соответствии с этой теорией, кислоты — это вещества, способные отщеплять протон, а основания — отдавать электронную пару OH−. Можно сказать, что под основаниями понимают соединения, которые при диссоциации в воде образуют только анионы вида OH − . Если совсем просто, то щелочами называют соединения, состоящие из металла и гидроксид-иона OH − .

К щелочам принято относить гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов.

Все щелочи — это основания, но не наоборот, нельзя считать определения «основание» и «щелочь» синонимами.

Правильное химическое название щелочей — гидроксид (гидроокись), например, гидроокись натрия, гидроксид калия. Часто употребляются также названия, которые сложились исторически. Ввиду того, что щелочи разрушают материалы органического происхождения — кожу, ткани, бумагу, древесину, их называют едкими: например, едкий натр , едкий барий. Однако понятием «едкие щелочи» химики определяют гидроксиды щелочных металлов — лития, натрия, калия, рубидия, цезия.

Свойства щелочей

Щелочи — твердые вещества белого цвета; гигроскопичные, водорастворимые. Растворение в воде сопровождается активным выделением тепла. Вступают в реакции с кислотами, образуя соль и воду. Эта реакция нейтрализации является важнейшей из всех свойств щелочей. Кроме этого, гидроксиды реагируют с кислотными оксидами (образующими кислородосодержащие кислоты), с переходными металлами и их оксидами, с растворами солей.

Гидроксиды щелочных металлов растворяются в метиловом и этиловом спиртах, способны выдерживать температуры до +1000 °С (за исключением гидроксида лития).

Щелочи — активные химические реагенты, поглощающие из воздуха не только водяные пары, но и молекулы углекислого и сернистого газа, сероводорода, диоксида азота. Поэтому хранить гидроксиды следует в герметичной таре или, например, доступ воздуха в сосуд со щелочью организовать через хлоркальциевую трубку . В противном случае хим.реактив после хранения на воздухе будет загрязнен карбонатами, сульфатами, сульфидами, нитратами и нитритами.

Если сравнивать щелочи по химической активности, то она увеличивается при движении по столбцу таблицы Менделеева сверху вниз.

Концентрированные щелочи разрушают стекло, а расплавы щелочей — даже фарфор и платину, поэтому растворы щелочей не рекомендуется хранить в сосудах с пришлифованными стеклянными пробками и кранами, так как пробки и краны может заклинить. Хранят щелочи, обычно, в полиэтиленовых емкостях.

Именно щелочи, а не кислоты, вызывают более сильные ожоги, так как их сложнее смыть с кожи и они проникают глубоко в ткань. Смывать щелочь надо неконцентрированным раствором уксусной кислоты. Работать с ними необходимо в средствах защиты. Щелочной ожог требует немедленного обращения к врачу!

Применение щелочей

— В качестве электролитов.
— Для производства удобрений.
— В медицине, химических, косметических производствах.
— В рыбоводстве для стерилизации прудов.

В магазине «ПраймКемикалсГрупп» вы найдете самые востребованные щелочи по выгодным ценам.

Едкий натр

Самая популярная и востребованная в мире щелочь.

Применяется для омыления жиров в производстве косметических и моющих средств, для изготовления масел в процессе нефтепереработки, в качестве катализатора и реактива в химических реакциях; в пищепроме.

Едкое кали

Применяется для производства мыла, калийных удобрений, электролитов для батареек и аккумуляторов, синтетического каучука. Также — в качестве пищевой добавки; для профессиональной очистки изделий из нержавеющей стали.

Гидроксид алюминия

Востребован в медицине как отличный адсорбент, антацид, обволакивающее средство; ингредиент вакцин в фармацевтике. Кроме этого, вещество применяется в очистных сооружениях и в процессах получения чистого алюминия.

Гидроокись кальция

Популярная щелочь с очень широким спектром применения, которую в быту знают под названием «гашеная известь». Используется для дезинфекции, смягчения воды, в производстве удобрений, едкого натра, «хлорки», строительных материалов. Применяется для защиты деревьев и деревянных сооружений от вредителей и огня; в пищепроме как пищевая добавка и реактив при производстве сахара.

Каждый сталкивался с таким понятием, как щелочь, но не каждый может точно сказать, что же это такое. Особенно это относится к тем, кто давно окончил школу и начал забывать уроки химии. Что же это за вещество? Какова формула щелочи в химии? Каковы ее свойства? Рассмотрим все эти вопросы в данной статье.

Определение и основная формула

Начнем с определения. Щелочью называется хорошо растворимое в воде вещество, гидроксид щелочного (1-ая группа, основная подгруппа в таблице Менделеев) или щелочноземельного (2-ая группа, основная подгруппа в таблице Менделеева) металла. Стоит заметить, что бериллий и магний, хотя и принадлежат к щелочным металлам, щелочей не образуют. Их гидроксиды относят к основаниям.

Щелочи - самые сильные основания, растворение которых в воде сопровождается тепловыделением. Примером этого служит бурная реакция с водой гидроксида натрия. Из всех щелочей наименее растворим в воде гидроксид кальция (известный также как гашеная известь), который в чистом виде представляет собой порошок белого цвета.

Из определения можно сделать вывод, что химическая формула щелочи - ROH, где R - щелочноземельный (кальций, стронций, радий, барий) или щелочной (натрий, калий, литий, цезий, франций, рубидий) металл. Приведем некоторые примеры щелочей: NaOH, KOH, CsOH, RbOH.

Реакции

Абсолютно все щелочи реагируют с кислотами. Реакция протекает так же, как кислоты и основания - с образованием соли и воды. Пример:

NaOH+HCl=NaCl+H 2 O

Приведенная реакция - соляная кислота + щелочь. Формулы реакций различных щелочей с кислотами:

КОН+HCl=KCl+H 2 O

NaOH+HNO 3 =NaNO 3 +H 2 O

Помимо кислот, щелочи реагируют также с кислотными оксидами (SO 2 , SO 3 , CO 2). Реакция проходит по тому же механизму, что и щелочи с кислотой - в результате взаимодействия образуется соль и вода.

Щелочи взаимодействуют и с амфотерными оксидами (ZnO, Al 2 O 3). При этом образуются нормальные или комплексные соли. Самая типичная из таких реакций оксид цинка + едкая щелочь. Формула такой реакции:

2NaOH+ZnO=Na 2 ZnO 2 +H 2 O

В показанной реакции образуется нормальная соль натрия Na 2 ZnO 2 и вода.

Реакции щелочей с амфотерными металлами протекают по тому же механизму. Приведем в качестве примера реакцию алюминий + щелочь. Формула реакции:

2KOH+2Al+6H 2 O=2K(Al(OH) 4)+3H 2

Это пример реакции с образованием комплексной соли.

Взаимодействие с индикаторами

Для определения pH исследуемого раствора используются специальные химические вещества - индикаторы, которые меняют свой цвет в зависимости от значения показателя водорода в среде. Самый распространенный индикатор, используемый в химических исследованиях, - лакмус. В щелочной среде он приобретет интенсивный синий цвет.

Другой доступный индикатор, фенолфталеин, в щелочной среде приобретает малиновый окрас. Однако в очень концентрированном растворе (показатель водорода близок к 14) фенолфталеин остается бесцветным, как и в нейтральной среде. Потому лакмус при работе с концентрированными щелочами использовать предпочтительнее.

Метиловый оранжевый индикатор в щелочной среде приобретает желтый окрас, при уменьшении pH среды цвет меняется от желтого до оранжевого и красного.

Физические свойства щелочей

Помимо этого, щелочи также хорошо растворяются в этаноле. Концентрированные и умеренные растворы имеют pH от 7.1 и выше. Растворы щелочей мыльные на ощупь. Концентрированные составы - довольно едкие химические соединения, контакт с которыми вызывает химические ожоги кожи, глаз, любых слизистых оболочек, поэтому работать с ними следует осторожно. Воздействие едкого вещества можно нейтрализовать раствором кислоты.

Щелочи могут находиться как в твердом, так и в жидком состоянии. Гидроксид натрия - самая распространенная щелочь (формула NaOH), которая в твердом состоянии представляет собой вещество белого света.

Гидроксид кальция при нормальных условиях - белый порошок. Гидроксиды радия и бария в твердом агрегатном состоянии - бесцветные кристаллы. Гидроксиды стронция и лития также бесцветны. Все твердые щелочи поглощают воду из воздуха. Гидроксид цезия - самая сильная щелочь (формула CsOH). Щелочные свойства металлов 1-ой группы основной подгруппы возрастают сверху вниз. Эти вещества нашли применение в химической промышленности. В основном их используют в щелочных аккумуляторах в качестве электролитов. Чаще всего применяют гидроксиды калия и натрия.

Химический ожог щелочью

При использовании неразбавленных щелочей всегда стоит помнить, что они являются едкими веществами, которые при попадании на открытые участки тела вызывают покраснение, зуд, жжение, отек, в тяжелых случаях образуются пузыри. При длительном контакте такого опасного состава со слизистой органов зрения возможно наступление слепоты.

При химическом ожоге щелочью необходимо промыть пораженное место водой и очень слабым раствором кислоты - лимонной или уксусной. Даже незначительное количество едкой щелочи может вызвать обширное поражение кожи и ожог слизистых, поэтому с такими веществами стоит обращаться аккуратно и держать подальше от детей.

Слово «кислота» происходит от латинского слова «кислый». Некоторые продукты с нашего стола, к примеру, уксус или лимонный сок, - кислоты. Основание - соединение, химически противоположное кислоте, и при реакции с кислотой дает нейтральное соединение - . Растворимые в воде основания называются щелочами. В цитрусовых плодах - грейпфрутах, апельсинах лимонах - содержатся лимонная и аскорбиновая кислоты. Пчелиный яд – кислота. Нейтрализовать её можно основанием. В цитрусовых плодах – грейпфрутах, апельсинах, лимонах – содержится лимонная и аскорбиновая кислоты.

Кислоты

Кислоты - это соединения, содержащие и образующие ионы водорода (Н +) при растворении в . Ионы - это частицы с электрическим зарядом (см. статью « »). Именно ионы придают кислотам их свойства, но существовать они могут только в растворе. Следовательно, свойства кислот проявляются исключительно в растворах. Молекула серной кислоты (H 2 SO 4) состоит из водорода, серы и кислорода. В состав соляной кислоты (НСl) входят водород и хлор. Кислота считается сильной, если большинство ее молекул распадаются в ра­створе, выделяя ионы водорода. Соляная, серная, азотная кислоты относятся к сильным. Сила кислоты измеряется числом рН - водородным показателем . Сильные кислоты очень агрессивны; попав на поверхность пред­мета или на кожу, они прожигают её. На контейнерах с сильными кислотами ставятся принятые во всем мире символы, означающие «опасно» и «высокая активность».

Такие кислоты, как лимонная или уксусная, т.е. произведенные живыми организмами, называются органическими . Кислоты широко применяются в хими­ческой и медицинской промышленности, в производстве продуктов питания и синтетических волокон. Виноградный уксус содержит слабую кислоту, называемую уксусной. В помидорах есть органическая салициловая кислота. В цветных пятнах на коже морских улиток содержится кислота с неприятным вкусом, отпугивающая хищников. Для всех кислот характерно сходное по­ведение в . Напри­мер, при реакциях кислот с основаниями образуется нейтральное соединение - соль и вода. Реакции кислот с большинством дают соль и водород. Реагируя с карбонатами, кислоты дают соль, углекислый газ и воду. Известный кули­нарам пекарный порошок содержит гид­рокарбонат натрия и винную кислоту. Когда в муку, содержащую пекарный порошок, добавляют воду, кислота и карбонат порошка вступают в реакцию, углекислый газ начинает выделятся в виде пузырьков, и это помогает тесту подниматься.

Основания и щелочи

Основание - это соединение, химически противоположное кислоте. Щелочью называется основание, растворимое в воде. Смешиваясь с кислотой, основание нейтрализует её свойства, и продуктом реакции является соль. Зубная паста - основание, нейтрализующее кислоту, оставшуюся во рту после приема пищи. Бытовые жидкие очистители содержат щелочи растворяющие грязь. Желудочные таблетки содержат щелочи, нейтрализующие обращающуюся при несварении желудка кислоту. С точки зрения химии основания - это вещества, способные присоединять ионы водорода (Н +) из кислоты. Ион оксида (О 2-) и ион гидроксида (ОН —) могут соединяться с ионами водорода в кислоте. Значит, оксиды металлов, например оксид магния, и гидроксиды ме­таллов, например гидроксид натрия (едкий натр), являются основаниями. Гидроксид натрия (NаОН) состоит из натрия, кислорода и водорода. Гидроксид магния (Мg(ОН) 2) состоит из магния, кислорода и водорода.

Многие основания и щёлочи - очень едкие вещества и потому опасны: они разъедают живые . Жидкие очистители содержат щелочи, растворяющие грязь. В бумаж­ной промышленности гидроксид натрия растворяет древесную смолу и освобождает волокна целлюлозы, из которых производится бумага. Гидроксид натрия (едкий натр) используется в чистящих жидкостях, а также (как и гидроксид калия) для производства мыла. Мыло - это соль, образующаяся при реакции щелочей с кислотами растительных жиров. Жало осы выпускает щелочь, которую можно нейтрализовать кислотой, например уксусом.

рН и индикаторы

Сила кислот и оснований определяет­ся числом рН. Это мера концентрации ионов водорода в растворе. Число рН изменяется от 0 до 14. Чем меньше рН, тем выше концентрация водо­родных ионов. Раствор, рН которого меньше 7, - кис­лота. Апельсиновый сок имеет рН 4, значит, это кислота. Вещества с рН = 7 нейтральны, а вещества с рН больше 7 - основания или щелочи. рН кислоты или щелочи можно определить с помощью индикатора. Индикатор - это вещество, меняющее цвет при контакте с кислотой или щелочью. Так лакмус краснеет в кислоте и синеет в щелочи. Кислота окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красные цвет, а красная лакмусовая бумажка в щелочи становится синей или фиолетовой. Лакмус получают из примитивных растений, называемых лишайниками . Другие растения, например, гортензия и краснокочанная капуста, также являются природными индикаторами.

Так называемый универсальный индикатор – это смесь нескольких красок. Он меняет цвет в зависимости от pH вещества. Он становится красным, оранжевым или желтым в кислотах, зеленым или желтым в нейтральных растворах и синим или фиолетовым в щелочах.

Серная кислота

Серная кислота играет важную роль в промышленности, прежде всего в производстве удобрений на основе суперфосфатов и сульфата аммония. Она также ис­пользуется в производстве синтетических волокон, красителей, пластмасс, лекарств, взрывчатых веществ, моющих средств, автомобильных аккумуляторов. Когда-то серную кислоту называли минеральной кислотой , так как ее получали из серы - вещества, встречающегося в земной коре в виде минерала. Серная кислота очень активна и агрессивна. При растворении в воде она выделяет много тепла, поэтому ее нужно вливать в воду, но не наоборот - тог­да кислота растворится, а вода по­глотит тепло. Она - мощный окислитель, т.е. при реакциях окисления она отдает кислород другим веществам. Серная кислота также является осушителем, т.е. забирает воду, связанную с другим веществом. Когда сахар (C 12 H 22 O 11) растворяется в концентрированной серной кислоте, кислота забирает у сахара воду, и от сахара остается пенящаяся масса черного угля.

Кислоты в почве

Кислотность почвы зависит от характера образовавших ее пород и от растущих на ней растений. На меловых и известняковых по­родах почва обычно щелочная, а на лугах, в песчаных и лесистых районах она более кислая. Кислотность также повышают кислотные дожди. Для земледелия лучше всего подходят нейтральные или слабокислые почвы, рН которых от 6,5 до 7. Разлагаясь, мертвые листья образуют органическую гуминовую кислоту и повышают кислотность почвы. Там, где почвы чересчур кислотные, в них добавляют измельченный известняк или гашеную известь (гидроксид кальция), т.е. основания, которые нейтрализуют кислоты почвы. Такие растения, как рододендроны и азалии хорошо растут на кислотных почвах. Цветы гортензии на кислотной почве синие, а на щелочной - розовые. Гортензия – природный индикатор. На кислотных почвах её цветы синие, а на щелочных розовые.

Что же представляют собой кислоты, щелочи и основания с химической точки зрения? Читай внимательно и запоминай. Смотри не запутайся!

Что такое кислота?

Кислоты представляют собой молекулы, которые при растворении в воде высвобождают ион водорода. Ионы - это положительно и отрицательно заряженные частички, которые придают кислотам их свойства.

Давай рассмотрим этот процесс на примере соляной кислоты - HCI. Если соляную кислоту соединить с водой, она распадется на ион водорода (Н+) и ион хлора (CI). Так как в составе молекулы воды также есть водород, то при распаде соляной кислоты общее количество ионов водорода в растворе увеличится.

А что происходит со щелочами при попадании в воду? В воде щелочи высвобождают гидроксид-ионы. Например, гидроксид натрия (NaOH) - щелочь. При соединении с водой он распадается на ионы натрия (Na+) и гидроксид-ионы (ОН). Когда гидроксид-ионы встречаются с ионами водорода воды, общее количество ионов водорода в растворе сокращается.

Что такое основание?

Основание - это соединение, химически противоположное кислоте. В состав основания входят ионы металлов и связанные с ними гидроксид-ионы. Эти вещества способны присоединять ионы водорода (Н+) из кислоты. Когда основание смешивается с кислотой, оно полностью нейтрализует его свойства, а в результате реакции образуется соль.

Например, с точки зрения химии хорошо знакомая тебе зубная паста - это основание, которое нейтрализует кислоту, оставшуюся во рту после приема пищи.

ЗАПОМНИ! В связи с тем, что ионы существуют только в растворах, свои свойства кислоты проявляют также лишь в растворах.

Что такое щелочь?

Щелочи - это соединения, в состав которых входят ион металла и гидроксид-ион (ОН-). К щелочам химики относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Щелочи представляют собой вещества белого цвета, которые хорошо растворяются в воде. Более того, растворение всегда сопровождается очень активным выделением тепла. Щелочи вступают в реакцию с кислотами, образуя соль и воду.

Такая щелочь, как гидроксид натрия, используется для производства твердого мыла

Щелочи очень активны! Они способны поглощать из воздуха не только водяные пары, но и молекулы углекислого газа, сероводорода и т.д. Поэтому хранят щелочи в очень герметичной таре. Концентрированные щелочи разрушают стекло, а иногда даже фарфор. Если сравнивать щелочи с кислотами, то щелочи могут вызвать более сильные ожоги, так как они очень быстро проникают в ткань, и их практически невозможно смыть водой.

Почему одни жидкости - кислоты, а другие - щелочи? Оказывается, все дело в типе ионов. Если в жидкости больше концентрация ионов водорода, такая жидкость является кислотой, а если гидроксид-ионов, то щелочью.

Шкала pH используется для измерения кислотности или щелочности раствора от 0 до 14.

Если pH раствора находится в пределах 0-7, то такой раствор считается кислотным, при этом раствор с pH = 0 - самый кислый. Растворы с pH в пределах 7-14 являются щелочами, при этом раствор с pH = 14 считается самым едким и опасным.

Если pH раствора равен 7, то такой раствор является нейтральным, так как концентрация ионов водорода равна концентрации гидроксид-ионов. Пример нейтрального раствора - чистая вода.

Что такое показатель pH?

В переводе с латинского pH (potentia hydrogeny) озна­чает «сила водорода», т.е. активность ионов водоро­да в водном растворе.

Как химики определяют наличие воды в веществе?

Они берут бесцветный сульфат меди (CuSO 4) и добавляют его в вещество. Если воды нет, то по­рошок остается бесцветным, однако даже при минимальном количестве воды он становится синим.

Концентрированные кислоты и щелочи

Ядовитые жидкости находятся не только в школьных лабораториях, они и вокруг нас. Это различные средства бытовой химии (стиральные порошки и пятновыводители), цветочные удобрения и ядохимикаты, лаки и краски, клеи и растворители, бензин и дизельное топливо, аккумуляторные, тормозные и прочие технические жидкости, а на кухне - уксус и уксусная кислота.

Совершенно очевидно, что все вышеупомянутые вещества должны использоваться строго по назначению и в соответствии с определенными правилами, указанными на этикетке каждого средства. К сожалению, несоблюдение мер безопасности при работе с ядовитыми средствами может привести к серьезным проблемам со здоровьем: отравлению, различным повреждениям кожи и слизистых оболочек.

ВНИМАНИЕ! Обязательно запомни следующую информацию: кислоты с очень низким показателем pH (менее 2) и щелочи, pH которых выше 13, являются чрезвычайно опасными!

Ты уже успел убедиться в том, что вокруг нас - огромное количество кислот и щелочей. Молочные продукты, овощи и фрукты содержат лимонную, яблочную, щавелевую, уксусную, молочную, аскорбиновую и другие кислоты. Трудно поверить, но в косточках вишен и миндаля содержится (хоть и в минимальных количествах) такой сильный яд, как синильная кислота! Известно, что многие насекомые предпочитают защищаться разными кислотами. Никогда не задумывался, почему укусы обыкновенного крошечного муравья бывают такими болезненными? А все потому, что он вспрыскивает в ранку капельки муравьиной кислоты. Эту же кислоту выделяют и кое-какие виды гусениц, а тропические пауки и некоторые жуки защищаются от врагов при помощи уксусной и серной кислот.

ОСТОРОЖНО! Как правило, концентрированные кислоты и щелочи есть во всех школьных каби нетаххимии, и пользоваться ими можно только под руководством учителя.

Применение щелочей

Щелочи широко применяются в различных отраслях промышленности, медицине и быту. Например, каустическая сода используется для растворения жиров и входит в состав многих моющих средств, применяется при производстве целлюлозы, масел, дизельного топлива. Также щелочи используют для изготовления мыла, искусственных волокон, различных красителей и т.д.

Кислоты в почве

Оказывается, кислоты есть и в почвах, а способность почвы проявлять свойства кислот называется кислотностью. Этот показатель зависит от наличия в земле ионов водорода. От кислотности почвы зависят рост и развитие растений. Большинство из них предпочитает нейтральные или близкие к ним почвы. Однако есть ряд растений, которые отлично себя чувствуют именно на кислотных почвах, например рододендроны, гортензии, азалии. Некоторые сорта гортензии могут менять цвет бутонов в зависимости от условий выращивания и кислотности почвы. Ученые выяснили, что на цвет бутонов влияет наличие алюминия!

Большинство садовых почв характеризуется достаточным содержанием этого элемента. В кислой среде соединения алюминия превращаются в растворимые и становятся доступными для растений, поэтому и вырастают бутоны голубого цвета. В нейтральной или щелочной среде алюминий находится в виде нерастворимых соединений, поэтому он и не поступает в растения. В результате на таких почвах растут бутоны розового цвета.

Кислоты и щелочи в нашем организме

Для переваривания пищи организм использует желудочный сок, в состав которого входят соляная кислота и различные ферменты. Иногда, особенно после переедания, мы можем почувствовать боль в желудке. Чаще всего для снятия неприятных ощущений достаточно принять антацидный, или противокислотный, препарат, основное действие которого направлено на нейтрализацию соляной кислоты в желудке. Как правило, все антациды - щелочи, и именно они нейтрализуют повышенную активность кислот.