Кислоты, щелочи и основания с точки зрения химии

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.
к содержанию ↑

Реакции

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

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

Помимо кислот, щелочи реагируют также с кислотными оксидами (SO2, SO3, CO2). 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, Al2O3). При этом образуются нормальные или комплексные соли. Самая типичная из таких реакций оксид цинка + едкая щелочь. Формула такой реакции:

В показанной реакции образуется нормальная соль натрия Na2ZnO2 и вода.

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

Это пример реакции с образованием комплексной соли.

к содержанию ↑

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.

Мнение эксперта
Романова Ксения Петровна
Терапевт с 10-летним опытом работы. Ежегодное участие в педиатрических конференциях, обучение по вебинарам, прохождение циклов по педиатрии и узконаправленным специальностям
Метиловый оранжевый индикатор в щелочной среде приобретает желтый окрас, при уменьшении pH среды цвет меняется от желтого до оранжевого и красного.
к содержанию ↑

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.

к содержанию ↑

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.

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

к содержанию ↑

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.

к содержанию ↑

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.

к содержанию ↑

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.

Мнение эксперта
Романова Ксения Петровна
Терапевт с 10-летним опытом работы. Ежегодное участие в педиатрических конференциях, обучение по вебинарам, прохождение циклов по педиатрии и узконаправленным специальностям
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.

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.
к содержанию ↑

Шкала pH

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.

к содержанию ↑

Как химики определяют наличие воды в веществе?

Они берут бесцветный сульфат меди (CuSO4) 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!

к содержанию ↑

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.
к содержанию ↑

Немного исторических моментов из истории получения щелочи.

Люди на протяжении столетий используют щелочь, получая ее сначала от выщелачивания (водных растворов) некоторых пустынных земель. До конца 18 века выщелачивание из древесной золы или морской водоросли было основным источником получения щелочей.

В 1775 году Французская Академия наук предложила денежные призы за новые методы производства щелочей. Премия за кальцинированную соду была присуждена французу Николасу Леблану , который в 1791 году запатентовал процесс превращения хлорида натрия в карбонат натрия.

Лебланский способ производства доминировал в мировом производстве до конца 19-го века, но после первой мировой войны был полностью вытеснен другим методом конверсии соли, который был усовершенствован в 1860-х годах Эрнестом Солве из Бельгии. В конце XIX века появились электролитические методы производства каустической соды, объемы которых быстро росли.

По методу Солве, аммиачно-содовый процесс производства кальцинированной соды протекал следующим образом: поваренная соль в виде сильного рассола химически обрабатывалась для устранения примесей кальция и магния и затем насыщалась рециркулирующим газом аммиака в башнях. После, аммиачный рассол насыщался газом с использованием газообразного диоксида углерода при умеренном давлении в башне другого типа.

Мнение эксперта
Романова Ксения Петровна
Терапевт с 10-летним опытом работы. Ежегодное участие в педиатрических конференциях, обучение по вебинарам, прохождение циклов по педиатрии и узконаправленным специальностям
Эти два процесса дают бикарбонат аммония и хлорид натрия, двойное разложение которого дает желаемый бикарбонат натрия, а также хлорид аммония. Затем бикарбонат натрия нагревают до разложения его до необходимого карбоната натрия.

Аммиак, вовлеченный в процесс, почти полностью восстанавливается путем обработки хлоридом аммония с известью, с получением аммиака и хлорида кальция. Восстановленный аммиак затем повторно используют в описанных выше процессах.

Электролитическое производство каусти ч еской соды включает электролиз сильного солевого раствора в электролитической ячейке . (Электролиз — это разрушение соединения в растворе в его составляющие с помощью электрического тока для того, чтобы вызвать химическое изменение.) Электролиз хлорида натрия дает хлор, гидроксид натрия, либо металлический натрий.

Гидроксид натрия в некоторых случаях конкурирует с карбонатом натрия в одних и тех же процессах применений. И в любом случае оба являются взаимопревращаемыми с помощью довольно не сложных процессов.

Хлорид натрия может быть

превращен в щелочь одним из двух процессов, причем разница между ними заключается лишь в том, что процесс аммиачно-содовой реакции дает хлор в виде хлорида кальция, соединения с небольшим экономическим значением, тогда как электролитические процессы производят элементарный хлор , который имеет бесчисленное применение в химической промышленности.

В нескольких местах в мире существуют значительные запасы минеральной формы кальцинированной соды, известной как природная щелочь. На таких месторождениях производят большую часть природной щелочи в мире из обширных месторождений в подземных шахтах.

Прочитайте статью Щелочи (источник «Энциклопедический словарь химика»)и получите больше представления о том что такое щелочь, или посмотрите видеоролик об этом химическом реактиве Щелочи.
к содержанию ↑

Щелочь в производстве стекла и керамики

Щелочь является основным сырьем в производстве стекла. Известняк, а также песок, кальцинированная сода, известь и другие химикаты, обжигаются при чрезвычайно высоких температурах и превращаются в расплавленную массу.

Стеклодувы и гончары используют щелочи для глазурей и флюсов, которые реагируют с кислотами с образованием силикатов (стекла) при нагревании. Концентрированные щелочи создают более насыщенный цвет в глазури.
к содержанию ↑

Отличительные признаки щелочи.

Из выше прочитанного мы уже знаем, что противоположностью щелочи является кислота. Вместо горького вкуса присущего щелочи, кислоты, как правило, имеют кислый вкус.

Мнение эксперта
Романова Ксения Петровна
Терапевт с 10-летним опытом работы. Ежегодное участие в педиатрических конференциях, обучение по вебинарам, прохождение циклов по педиатрии и узконаправленным специальностям
Примером могут служить пищевые продукты, такие как: лимоны или фруктовый уксус (разбавленный), посути являющимися кислотными продуктами и обладающими в составе кислотой. Мы можем определить, является ли вещество щелочью или кислотой, зная ее рН.

Уровень рН измеряется с помощью шкалы рН ; эта шкала колеблется от 0-14, и эти цифры показывают нам, является ли вещество щелочью или кислотой. Чистая дистиллированная вода имеет уровень pH 7 и называется нейтральным веществом (находится прямо посредине шкалы).

Любое вещество, которое имеет рН выше 7, представляет собой щелочное вещество, которое также может называться щелочью. И, любое другое вещество, которое имеет рН ниже 7, представляет собой кислоту.

к содержанию ↑

Почему вещество щелочное?

Таким образом, нам уже известно, что рН уровень представляет собой шкалу, значения которой колеблятся от 0-14 и указывают, является ли вещество щелочью или кислотой. Однако мы действительно не знаем, почему. Давайте рассмотрим этот вопрос более детально.

Уровень рH вещества зависит от того, как атомы расположены и объединены в веществе. Чистая вода находится прямо в середине шкалы и имеет pH 7.

Это означает, что она содержит равное количество атомов водорода (H +) и гидроксидных атомов (OH-). Когда вещество имеет больше атомов водорода (Н +), это кислота.

Когда вещество имеет больше гидроксидных атомов (OH-), оно является щелочным.

к содержанию ↑

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.

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.

Кислоты и щёлочи – отличия

Кислоты и щёлочи отличают по показателям pH (шкала pH). Ниже Вы видите картинку – это специальная шкала, на которой имеются числа от 0 и до 14.

Нулём обозначают самые сильные кислоты, а четырнадцатью – самую сильную щёлочь. Но какая же середина между этими числами? Может быть 5, может быть 7, а может быть 10? Серединой принято считать число 7 (нейтральное положение). То есть числа до 7 – это все кислоты, а больше 7 – это щёлочи.

к содержанию ↑

Показатель кислотности растворов рН, механизм действия

Именно для этой шкалы разработаны специальные индикаторы — лакмусы. Это обычная полоска, которая реагирует на среду. В кислотной среде она окрашивается в красный цвет, а в щелочной среде – в синий цвет. Она необходима не только в химии, но и в быту.

Например, если у Вас есть аквариум, то немаловажную роль играет кислотность воды. От неё зависит вся жизнь аквариума.

К примеру, показатель кислотности воды для аквариумных рыбок колеблется от 5 до 9 рН. Если будет больше или меньше, то рыбка будет чувствовать себя не комфортно, а может и вовсе умереть.

Всё тоже самое и с растениями для аквариумов…

Автор статьи
Романова Ксения Петровна
Терапевт с 10-летним опытом работы. Ежегодное участие в педиатрических конференциях, обучение по вебинарам, прохождение циклов по педиатрии и узконаправленным специальностям
Следующая
ЗаболеванияЧто такое ЭЛОС-эпиляция: удаление волос безболезненно и без следов

Добавить комментарий