К основаниям относятся:
а) ионные гидроксиды, соответствующие основным оксидам;
б) некоторые не содержащие гидроксидных ионов вещества, молекулы которых
способны принимать протон (аммиак NH3, гидразин N2H4
и некоторые другие соединения).
Частицами-основаниями в этих веществах являются или гидроксид-ионы (а), или
сами молекулы оснований (б).
Все основания удобно разделить на три группы: I - растворимые ионные основания
(щелочи), II - нерастворимые (то есть очень мало растворимые) основания и III -
молекулярные основания.
Все растворимые ионные основания (щелочи) являются сильными основаниями. Из
нерастворимых гидроксидов слабыми являются только те, которые в той или иной
степени проявляют амфотерные свойства. Все молекулярные основания - слабые.
Основания I группы в воде химически растворяются, основания II группы также
химически растворяются в воде, но крайне незначительно, а растворение оснований
III группы - отчасти физическое, а отчасти химическое (часть растворившихся
молекул обратимо реагирует с водой):
По той или иной причине в растворах оснований присутствуют гидроксид-ионы,
поэтому растворы оснований I и III группы изменяют окраску кислотно-основных
индикаторов.
Реакции, характеризующие химические свойства оснований, распадаются на
две группы. К первой относятся КОР, связанные с наличием в составе оснований
частиц, способных принимать протон (частиц-оснований). Это реакции с веществами,
содержащими частицы-кислоты или амфолиты (см. рис. 12.1): с сильными кислотами,
со слабыми кислотами (в том числе с катионными) и с кислыми солями.
1) Все основания реагируют с растворами сильных кислот, то есть с растворами,
содержащими ионы оксония.
OH
+ H
= 2H2O, Fe(OH)2 + 2H
= Fe2
+ 4H2O, NH3 + H
= NH4
+ H2O,
NaOHр + HNO3р = NaNO3р + H2O, Fe(OH)2
+ 2HClр = FeCl2р + 2H2O, NH3
+ HClO4р = NH4ClO4р.
1а) Сильные основания реагируют и со слабыми кислотами:
OH
+ HNO2 = H2O + NO2
,
2OH
+ H2SiO3 = 2H2O + SiO32
,
KOHp + HNO2p = H2O + KNO2p, 2KOHp
+ H2SiO3 = 2H2O + K2SiO3p.
Возможность реакции слабого основания со слабой кислотой определяется общим
правилом, определяющим направление протекания КОР.
Кислотно-основные реакции между веществами-основаниями и веществами-кислотами
могут протекать и в отсутствие воды:
KOHкр + H3PO4ж = KH2PO4кр
+ H2O; Mg(OH)2кр + 2HClг = MgCl2кр +
2H2O; NH3г + HClг = NH4Clкр.
Правда, практическое значение эти реакции имеют только для оснований III
группы, так как в остальных случаях вода образуется сразу после начала реакции.
2) Растворимые основания реагируют с растворами кислых солей, содержащими как
анионы-амфолиты, так и гидросульфат-ион и подобные ему частицы-кислоты:
OH
+ HCO3
= H2O + CO32
,
NH3 + HSO4
= NH4
+ SO42
,
NaOHр + NaHCO3р = H2O + Na2CO3р;
2NH3 + 2NaHSO4р = Na2SO4p + (NH4)2SO4p.
Гидросульфаты, кроме того, реагируют и с нерастворимыми основаниями.
3) Растворимые основания реагируют с растворами солей, в состав которых входят
катионные кислоты:
2OH |
2OH |
2NaOHp + FeSO4p
= Fe(OH)2 |
<2NH3 + [Mg(H2O)4]2 |
2NH3 + 2H2O + Mg2 |
2NH3 + 2H2O + MgSO4aq
= Mg(OH)2 |
Упрощенно эти реакции можно рассматривать как реакции осаждения из растворов
нерастворимых гидроксидов.
Растворы щелочей реагируют с растворами солей, в состав которых входят
катионные кислоты и другого типа, иными словами, в том случае, когда при реакции
образуется растворимое слабое основание:
OH
+ NH4
= H2O + NH3, 2KOH + (NH4)2SO4
= K2SO4 + 2NH3 + 2H2O.
В приведенной реакции из концентрированных растворов или при нагревании
аммиак может выделяться в виде газа. Выделение аммиака происходит полнее, если
концентрированным раствором щелочи обработать твердый сульфат аммония.
Ко второй группе реакций относятся реакции, не являющиеся кислотно-основными и
вызванные стремлением к делокализации заряда. Это реакции с кислотными и
амфотерными оксидами, а также с амфотерными гидроксидами.
4) Щелочи (и малорастворимые основания) реагируют с кислотными и амфотерными
оксидами, при этом в реакции могут вступать, как твердые щелочи (или расплавы)
2KOH + SO3 = K2SO4 + H2O, 2NaOH +
Cr2O3 = 2NaCrO2 + H2O (при
нагревании),
так и их растворы
2OH
+ CO2 = CO32
+ H2O, 2OH
+ ZnO + H2O = [Zn(OH)4]2
,
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O, 2KOH +
ZnO + H2O = K2[Zn(OH)4].
Диоксид кремния с заметной скоростью реагирует только с расплавами щелочей:
SiO2кр + 2NaOHж = Na2SiO3 + H2O
(при нагревании).
5) Щелочи реагируют с амфотерными гидроксидами:
2OH
+ Zn(OH)2 = [Zn(OH)4]2
,
3OH
+ Cr(OH)3 = [Cr(OH)6]3
,
2NaOHр + Zn(OH)2 = Na2[Zn(OH)4]р,
3KOHр + Cr(OH)3 = K3[Cr(OH)6]р.
В случае, когда гидроксид гидратирован (свежеосажденный и не высушенный), эти
реакции относятся к кислотно-основным.
6) Особняком от первых двух групп реакций стоят реакции, в которых с
концентрированными растворами щелочей реагируют амфотерные металлы и некоторые
неметаллы:
2OH
+ Be + 2H2O = [Be(OH)4]2
+H2
, 2OH
+ Cl2 = Cl
+ ClO
+ H2O,
2NaOHк + Be +2H2O = Na2[Be(OH)4]р
+H2
, 2KOHк + Cl2 = KClр + KClOр +
H2O.
7) Все нерастворимые гидроксиды (в том числе и основания) легко разлагаются при
нагревании.
Растворимые и малорастворимые основания можно получить при
взаимодействии с водой соответствующих металлов или оксидов, а нерастворимые -
осаждением щелочью из растворов солей.