الفئات الرئيسية للمواد غير العضوية ، بالإضافة إلى الأكاسيد والأحماض والأملاح ، تشمل مجموعة من المركبات تسمى القواعد أو الهيدروكسيدات. تحتوي كل منها على خطة بنية جزيئية واحدة: تحتوي بالضرورة على مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر متصلة بأيون معدني في تركيبتها. ترتبط الهيدروكسيدات الأساسية وراثيًا بأكاسيد المعادن والأملاح ، والتي لا تحدد خصائصها الكيميائية فحسب ، بل تحدد أيضًا طرق الحصول عليها في المختبر والصناعة.
هناك عدة أشكال لتصنيف القواعد ، والتي تعتمد على كل من خصائص المعدن الذي هو جزء من الجزيء ، وعلى قدرة المادة على الذوبان في الماء. في مقالتنا ، سننظر في ميزات الهيدروكسيدات هذه ، وكذلك التعرف على خصائصها الكيميائية ، والتي يعتمد عليها استخدام القواعد في الصناعة والحياة اليومية.
الخصائص الفيزيائية
جميع القواعد المكونة من معادن نشطة أو نموذجية هي مواد صلبة ذات نطاق واسع من نقاط الانصهار. فيما يتعلق بالماء ، همتنقسم إلى عالية الذوبان - القلوية وغير قابلة للذوبان في الماء. على سبيل المثال ، الهيدروكسيدات الأساسية التي تحتوي على عناصر المجموعة IA مثل الكاتيونات تذوب بسهولة في الماء وتكون إلكتروليتات قوية. فهي صابونية الملمس وتتآكل النسيج والجلد وتسمى القلويات. عندما ينفصلون في المحلول ، يتم الكشف عن أيونات OH-، والتي يتم تحديدها باستخدام المؤشرات. على سبيل المثال ، يصبح الفينول فثالين عديم اللون قرمزيًا في وسط قلوي. كل من محاليل وذوبان الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم وهيدروكسيدات الكالسيوم عبارة عن إلكتروليتات ؛ توصل الكهرباء وتعتبر موصلات من النوع الثاني. القواعد القابلة للذوبان ، الأكثر استخدامًا في الصناعة ، تتضمن حوالي 11 مركبًا ، مثل الهيدروكسيدات الأساسية للصوديوم ، البوتاسيوم ، الأمونيوم ، إلخ.
هيكل الجزيء الأساسي
تتكون الرابطة الأيونية بين الكاتيون المعدني وأنيونات مجموعات الهيدروكسيل في جزيء مادة. إنه قوي بما يكفي لهيدروكسيدات غير قابلة للذوبان في الماء ، لذا فإن جزيئات الماء القطبية غير قادرة على تدمير الشبكة البلورية لمثل هذا المركب. القلويات مواد مستقرة وعمليا لا تشكل أكسيد وماء عند تسخينها. وهكذا ، فإن الهيدروكسيدات الأساسية للبوتاسيوم والصوديوم تغلي عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، بينما لا تتحلل. في الصيغ الرسومية لجميع القواعد ، من الواضح أن ذرة الأكسجين لمجموعة الهيدروكسيل مرتبطة برابطة تساهمية واحدة مع ذرة المعدن ، والأخرى بذرة الهيدروجين. لا تحدد بنية الجزيء ونوع الرابطة الكيميائية الفيزيائية فحسب ، بل تحدد أيضًاوجميع الخصائص الكيميائية للمواد. دعونا نتناولها بمزيد من التفصيل.
الكالسيوم والمغنيسيوم وخصائص خواص مركباتهما
كلا العنصرين يمثلان ممثلين نموذجيين للمعادن النشطة ويمكنهما التفاعل مع الأكسجين والماء. ناتج التفاعل الأول هو أكسيد قاعدي. يتكون الهيدروكسيد نتيجة لعملية طاردة للحرارة تطلق كمية كبيرة من الحرارة. قواعد الكالسيوم والمغنيسيوم عبارة عن مواد مساحيق بيضاء قابلة للذوبان بشكل ضئيل. غالبًا ما تستخدم الأسماء التالية لمركبات الكالسيوم: حليب الجير (إذا كان معلقًا في الماء) وماء الليمون. لكونه هيدروكسيد أساسي نموذجي ، يتفاعل Ca (OH)2مع الأكاسيد الحمضية والمتذبذبة والأحماض والقواعد المذبذبة ، مثل هيدروكسيدات الألومنيوم والزنك. على عكس القلويات النموذجية المقاومة للحرارة ، تتحلل مركبات المغنيسيوم والكالسيوم إلى أكسيد وماء تحت تأثير درجة الحرارة. كلا القاعدتين ، وخاصة Ca (OH)2، تستخدم على نطاق واسع في الصناعة والزراعة والاحتياجات المحلية. دعونا ننظر في طلبهم أكثر.
مجالات تطبيق مركبات الكالسيوم والمغنيسيوم
من المعروف أن البناء يستخدم مادة كيميائية تسمى الزغب أو الجير المطفأ. إنها قاعدة الكالسيوم. غالبًا ما يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل الماء مع أكسيد الكالسيوم الأساسي. تسمح الخصائص الكيميائية للهيدروكسيدات الأساسية باستخدامها على نطاق واسع في مختلف فروع الاقتصاد الوطني. على سبيل المثال ، لتنظيف الشوائب في الإنتاجالسكر الخام ، للحصول على مادة التبييض ، في تبييض خيوط القطن والكتان. قبل اختراع المبادلات الأيونية - المبادلات الكاتيونية ، تم استخدام قواعد الكالسيوم والمغنيسيوم في تقنيات تليين المياه ، مما جعل من الممكن التخلص من الهيدروكربونات التي تقلل من جودتها. للقيام بذلك ، تم غلي الماء بكمية صغيرة من رماد الصودا أو الجير المطفأ. يمكن استخدام معلق مائي من هيدروكسيد المغنيسيوم كعلاج لمرضى التهاب المعدة لتقليل حموضة عصير المعدة.
خصائص الأكاسيد والهيدروكسيدات الأساسية
أهم مواد هذه المجموعة هي التفاعلات مع أكاسيد الحمض والأحماض والقواعد المذبذبة والأملاح. ومن المثير للاهتمام أن القواعد غير القابلة للذوبان مثل النحاس أو الحديد أو هيدروكسيدات النيكل لا يمكن الحصول عليها بالتفاعل المباشر للأكسيد مع الماء. في هذه الحالة ، يستخدم المختبر التفاعل بين الملح المقابل والقلويات. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل القواعد التي تترسب. على سبيل المثال ، هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على راسب أزرق من هيدروكسيد النحاس ، وهو راسب أخضر من قاعدة حديدية. بعد ذلك ، يتم تبخيرها إلى مواد مساحيق صلبة مرتبطة بهيدروكسيدات غير قابلة للذوبان في الماء. السمة المميزة لهذه المركبات هي أنها ، تحت تأثير درجات الحرارة العالية ، تتحلل إلى الأكسيد والماء المقابل ، وهو ما لا يمكن قوله عن القلويات. بعد كل شيء ، القواعد القابلة للذوبان في الماء مستقرة حرارياً.
القدرة على التحليل الكهربائي
استمرارًا في دراسة الخصائص الأساسية للهيدروكسيدات ، دعنا نتحدث عن ميزة أخرى يمكن من خلالها التمييز بين قواعد الفلزات الأرضية القلوية والقلوية من المركبات غير القابلة للذوبان في الماء. هذا هو استحالة الأخير للانفصال إلى أيونات تحت تأثير التيار الكهربائي. على العكس من ذلك ، تذوب ومحاليل البوتاسيوم والصوديوم والباريوم وهيدروكسيدات السترونتيوم تخضع بسهولة للتحليل الكهربائي وهي موصلات من النوع الثاني.
الحصول على الأرض
بالحديث عن خصائص هذه الفئة من المواد غير العضوية ، قمنا بإدراج التفاعلات الكيميائية التي تكمن وراء إنتاجها في الظروف المختبرية والصناعية جزئيًا. يمكن اعتبار الطريقة الأكثر سهولة وفعالية من حيث التكلفة التحلل الحراري للحجر الجيري الطبيعي ، ونتيجة لذلك يتم الحصول على الجير الحي. إذا أجريت تفاعلًا مع الماء ، فإنه يشكل هيدروكسيدًا أساسيًا - Ca (OH)2. خليط من هذه المادة مع الرمل والماء يسمى الملاط. يستمر استخدامه في تجصيص الجدران ولصق الطوب وأنواع أخرى من أعمال البناء. يمكن أيضًا الحصول على القلويات عن طريق تفاعل الأكاسيد المقابلة مع الماء. على سبيل المثال: K2O + H2O=2KON. هذه العملية طاردة للحرارة مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة.
تفاعل القلويات مع الأكاسيد الحمضية والمذبذبة
تشمل الخصائص الكيميائية المميزة للقواعد القابلة للذوبان في الماء قدرتها على تكوين أملاح في تفاعلات مع أكاسيد تحتوي على ذرات غير معدنية في الجزيئات ،على سبيل المثال ، مثل ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت أو أكسيد السيليكون. على وجه الخصوص ، يستخدم هيدروكسيد الكالسيوم لتجفيف الغازات ، وهيدروكسيدات الصوديوم والبوتاسيوم للحصول على الكربونات المقابلة. يمكن أن تتفاعل أكاسيد الزنك والألمنيوم المرتبطة بالمواد المذبذبة مع كل من الأحماض والقلويات. في الحالة الأخيرة ، يمكن تكوين مركبات معقدة ، مثل هيدروكسوزينكات الصوديوم.
تفاعل تحييد
من أهم خصائص القواعد ، غير القابلة للذوبان في الماء والقلويات ، قدرتها على التفاعل مع الأحماض غير العضوية أو العضوية. يتم تقليل هذا التفاعل إلى التفاعل بين نوعين من الأيونات: مجموعات الهيدروجين والهيدروكسيل. يؤدي إلى تكوين جزيئات الماء: HCI + KOH=KCI + H2O. من وجهة نظر نظرية التفكك الإلكتروليتي ، يتم تقليل التفاعل بالكامل إلى تكوين إلكتروليت ضعيف ومنفصل قليلاً - ماء.
في المثال أعلاه ، تم تكوين ملح متوسط - كلوريد البوتاسيوم. إذا تم أخذ هيدروكسيدات قاعدية للتفاعل بكمية أقل من اللازم للمعادلة الكاملة لحمض البولي باسيك ، فعند تبخر المنتج الناتج ، يتم العثور على بلورات الملح الحمضي. يلعب تفاعل المعادلة دورًا مهمًا في عمليات التمثيل الغذائي التي تحدث في الأنظمة الحية - الخلايا ويسمح لها ، بمساعدة مجمعاتها العازلة ، بتحييد الكمية الزائدة من أيونات الهيدروجين المتراكمة في تفاعلات التشوه.
