Las principales clases de sustancias inorgánicas, además de los óxidos, ácidos y sales, incluyen un grupo de compuestos llamados bases o hidróxidos. Todos ellos tienen un único plan de estructura molecular: necesariamente contienen uno o más grupos hidroxilo conectados a un ion metálico en su composición. Los hidróxidos básicos están genéticamente relacionados con los óxidos y sales de metales, lo que determina no solo sus propiedades químicas, sino también los métodos de obtención en el laboratorio y la industria.
Existen varias formas de clasificación de las bases, que se basan tanto en las características del metal que forma parte de la molécula, como en la capacidad de la sustancia para disolverse en agua. En nuestro artículo, consideraremos estas características de los hidróxidos, así como también nos familiarizaremos con sus propiedades químicas, de las cuales depende el uso de bases en la industria y la vida cotidiana.
Propiedades físicas
Todas las bases formadas por metales activos o típicos son sólidos con una amplia gama de puntos de fusión. En relación con el agua, sonse dividen en altamente solubles - alcalinos e insolubles en agua. Por ejemplo, los hidróxidos básicos que contienen elementos del grupo IA como cationes se disuelven fácilmente en agua y son electrolitos fuertes. Son jabonosas al tacto, corroen la tela, la piel y se llaman álcalis. Cuando se disocian en solución, se detectan iones OH-, que se determinan mediante indicadores. Por ejemplo, la fenolftaleína incolora se vuelve carmesí en un medio alcalino. Tanto las soluciones como los fundidos de hidróxidos de sodio, potasio, bario y calcio son electrolitos; conducen la electricidad y se consideran conductores del segundo tipo. Las bases solubles, más utilizadas en la industria, incluyen alrededor de 11 compuestos, como hidróxidos básicos de sodio, potasio, amonio, etc.
La estructura de la molécula base
Se forma un enlace iónico entre un catión metálico y aniones de grupos hidroxilo en una molécula de sustancia. Es lo suficientemente fuerte para los hidróxidos insolubles en agua, por lo que las moléculas polares de agua no pueden destruir la red cristalina de dicho compuesto. Los álcalis son sustancias estables y prácticamente no forman óxido ni agua cuando se calientan. Así, los hidróxidos básicos de potasio y sodio hierven a temperaturas superiores a 1000 °C, mientras que no se descomponen. En las fórmulas gráficas de todas las bases, se ve claramente que el átomo de oxígeno del grupo hidroxilo está unido por un enlace covalente al átomo de metal y el otro al átomo de hidrógeno. La estructura de la molécula y el tipo de enlace químico determinan no sólo la física, sino tambiény todas las características químicas de las sustancias. Detengámonos en ellos con más detalle.
Calcio y magnesio y características de las propiedades de sus compuestos
Ambos elementos son representantes típicos de los metales activos y pueden interactuar con el oxígeno y el agua. El producto de la primera reacción es un óxido básico. El hidróxido se forma como resultado de un proceso exotérmico que libera una gran cantidad de calor. Las bases de calcio y magnesio son sustancias pulverulentas blancas poco solubles. Los siguientes nombres se usan a menudo para los compuestos de calcio: lechada de cal (si es una suspensión en agua) y agua de cal. Al ser un hidróxido básico típico, Ca(OH)2 interactúa con óxidos ácidos y anfóteros, ácidos y bases anfóteras, como los hidróxidos de aluminio y zinc. A diferencia de los típicos álcalis resistentes al calor, los compuestos de magnesio y calcio se descomponen en óxido y agua bajo la influencia de la temperatura. Ambas bases, especialmente Ca(OH)2, son ampliamente utilizadas en la industria, la agricultura y las necesidades domésticas. Consideremos más su aplicación.
Campos de aplicación de los compuestos de calcio y magnesio
Es bien sabido que la construcción utiliza un material químico llamado pelusa o cal apagada. Es una base de calcio. La mayoría de las veces se obtiene por la reacción del agua con óxido de calcio básico. Las propiedades químicas de los hidróxidos básicos les permiten ser ampliamente utilizados en diversas ramas de la economía nacional. Por ejemplo, para limpiar impurezas en la producción.azúcar en bruto, para obtener lejía, en el blanqueo de hilados de algodón y lino. Antes de la invención de los intercambiadores de iones, los intercambiadores de cationes, las bases de calcio y magnesio se usaban en tecnologías de ablandamiento del agua, lo que permitía eliminar los hidrocarburos que degradan su calidad. Para hacer esto, se hirvió agua con una pequeña cantidad de carbonato de sodio o cal apagada. Una suspensión acuosa de hidróxido de magnesio se puede utilizar como remedio para pacientes con gastritis para reducir la acidez del jugo gástrico.
Propiedades de los óxidos e hidróxidos básicos
Las más importantes para las sustancias de este grupo son las reacciones con óxidos ácidos, ácidos, bases anfóteras y sales. Curiosamente, las bases insolubles como los hidróxidos de cobre, hierro o níquel no se pueden obtener por reacción directa del óxido con agua. En este caso, el laboratorio utiliza la reacción entre la sal correspondiente y el álcali. Como resultado, se forman bases que precipitan. Por ejemplo, así se obtiene un precipitado azul de hidróxido de cobre, un precipitado verde de base ferrosa. Posteriormente, se evaporan a sustancias pulverulentas sólidas relacionadas con los hidróxidos insolubles en agua. Una característica distintiva de estos compuestos es que, bajo la acción de altas temperaturas, se descomponen en el óxido y el agua correspondientes, lo que no se puede decir de los álcalis. Después de todo, las bases solubles en agua son térmicamente estables.
Habilidad de electrólisis
Continuando con el estudio de las propiedades básicas de los hidróxidos, detengámonos en una característica más por la cual se pueden distinguir las bases de los metales alcalinos y alcalinotérreos de los compuestos insolubles en agua. Esta es la imposibilidad de que estos últimos se disocien en iones bajo la influencia de una corriente eléctrica. Por el contrario, los fundidos y las soluciones de hidróxidos de potasio, sodio, bario y estroncio se someten fácilmente a la electrólisis y son conductores del segundo tipo.
Obtención de motivos
Hablando de las propiedades de esta clase de sustancias inorgánicas, hemos enumerado parcialmente las reacciones químicas que subyacen a su producción en condiciones industriales y de laboratorio. El método más accesible y rentable puede considerarse la descomposición térmica de la piedra caliza natural, como resultado de lo cual se obtiene cal viva. Si lleva a cabo una reacción con agua, entonces forma un hidróxido básico - Ca (OH) 2. Una mezcla de esta sustancia con arena y agua se llama mortero. Se sigue utilizando para enlucir paredes, pegar ladrillos y en otro tipo de obras. Los álcalis también se pueden obtener haciendo reaccionar los óxidos correspondientes con agua. Por ejemplo: K2O + H2O=2KON. El proceso es exotérmico con la liberación de una gran cantidad de calor.
Interacción de álcalis con óxidos ácidos y anfóteros
Las propiedades químicas características de las bases solubles en agua incluyen su capacidad para formar sales en reacciones con óxidos que contienen átomos no metálicos en moléculas,por ejemplo, como dióxido de carbono, dióxido de azufre u óxido de silicio. En particular, el hidróxido de calcio se utiliza para secar gases, y los hidróxidos de sodio y potasio para obtener los carbonatos correspondientes. Los óxidos de zinc y aluminio, relacionados con las sustancias anfóteras, pueden interactuar tanto con ácidos como con álcalis. En este último caso, se pueden formar compuestos complejos, como el hidroxozincato de sodio.
Reacción de neutralización
Una de las propiedades más importantes de las bases, tanto insolubles en agua como en álcalis, es su capacidad para reaccionar con ácidos inorgánicos u orgánicos. Esta reacción se reduce a la interacción entre dos tipos de iones: hidrógeno y grupos hidroxilo. Conduce a la formación de moléculas de agua: HCI + KOH=KCI + H2O. Desde el punto de vista de la teoría de la disociación electrolítica, toda la reacción se reduce a la formación de un electrolito débil y ligeramente disociado: el agua.
En el ejemplo anterior, se formó una sal promedio: cloruro de potasio. Si se toman hidróxidos básicos para la reacción en una cantidad menor que la necesaria para la neutralización completa del ácido polibásico, luego de la evaporación del producto resultante, se encuentran cristales de la sal ácida. La reacción de neutralización juega un papel importante en los procesos metabólicos que ocurren en los sistemas vivos: las células y les permite, con la ayuda de sus propios complejos tampón, neutralizar la cantidad excesiva de iones de hidrógeno acumulados en las reacciones de disimilación.
