Щёлочи

В теме 4.1 основания разделились на растворимые — щёлочи — и нерастворимые, а в теме 4.6 мы видели, как щёлочи получаются из оксидов активных металлов. Теперь разберём их свойства. У всех щелочей они общие, потому что в растворе любая щёлочь даёт одни и те же гидроксид-ионы \(\ce{OH-}\) (тема 5.4).

Щёлочи

Щёлочи — растворимые в воде основания: гидроксиды лития, натрия, калия, а также кальция, стронция и бария. Это белые кристаллические вещества, которые жадно поглощают влагу из воздуха и растворяются в воде с выделением теплоты. Растворы щелочей мылкие на ощупь и очень едкие: они разрушают кожу, ткани, бумагу. Особенно опасны капли щёлочи для глаз, поэтому работают с ними только в защитных очках.

Едкий натр и гашёная известь

Две щёлочи особенно важны для практики. Едкий натр \(\ce{NaOH}\), он же каустическая сода, идёт на производство мыла, бумаги, искусственного шёлка, алюминия; им прочищают засорившиеся трубы. Гашёная известь \(\ce{Ca(OH)2}\) — самая дешёвая щёлочь. Она мало растворима: её прозрачный раствор называют известковой водой, а взвесь в воде — известковым молоком. Гашёную известь используют в строительстве и для побелки, ею понижают кислотность почв и очищают сахарный сок.

Индикаторы в щелочной среде

Щёлочь в растворе можно обнаружить индикаторами — веществами, цвет которых зависит от среды. Индикаторы в щелочной среде окрашиваются так: фенолфталеин из бесцветного становится малиновым, лакмус синеет, метиловый оранжевый желтеет. Нерастворимые основания цвет индикаторов не меняют: в воде они не образуют гидроксид-ионов.

Реакция нейтрализации

Щёлочи реагируют с кислотами, образуя соль и воду. Реакцию между основанием и кислотой называют реакцией нейтрализации: кислотные и основные свойства в ней взаимно уничтожаются. Если в раствор щёлочи с фенолфталеином понемногу добавлять кислоту, малиновая окраска в какой-то момент исчезнет — щёлочь нейтрализована.

\[ \ce{NaOH + HCl -> NaCl + H2O}, \qquad \ce{2KOH + H2SO4 -> K2SO4 + 2H2O}, \qquad \ce{Ca(OH)2 + 2HNO3 -> Ca(NO3)2 + 2H2O} \]

Реакция щёлочи с кислотным оксидом

Как и с кислотами, щёлочи реагируют с кислотными оксидами, образуя соль и воду. Реакция щёлочи с кислотным оксидом объясняет, почему щёлочи хранят в плотно закрытой посуде: на воздухе они поглощают углекислый газ и превращаются в карбонаты.

\[ \ce{2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O}, \qquad \ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O}, \qquad \ce{2NaOH + SO2 -> Na2SO3 + H2O} \]

Реакция щёлочи с солью

Реакция щёлочи с солью идёт не всегда, а только если оба вещества растворимы и в результате образуется осадок (нерастворимое основание, нерастворимая соль) или газ (аммиак). Раствор гидроксида натрия с хлоридом калия не реагирует: ни осадка, ни газа не получилось бы. А вот с солями меди, железа, магния и аммония реакции идут:

\[ \ce{2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}, \qquad \ce{3NaOH + FeCl3 -> Fe(OH)3 v + 3NaCl} \]

\[ \ce{NaOH + NH4Cl ->[t^\circ] NaCl + NH3 ^ + H2O}, \qquad \ce{Ca(OH)2 + Na2CO3 -> CaCO3 v + 2NaOH} \]

Щёлочи реагируют и с некоторыми простыми веществами: с амфотерными металлами алюминием и цинком (тема 4.3) и с хлором. Раствор, полученный из хлора и едкого натра, — это известная отбеливающая жидкость «Белизна»: \(\ce{Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H2O}\).

Получение щелочей

Для получения щелочей есть три основных способа. Щелочные и щёлочноземельные металлы и их оксиды реагируют с водой (темы 4.3 и 4.6). А в промышленности едкий натр получают электролизом раствора поваренной соли, при котором одновременно образуются водород и хлор:

\[ \ce{2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}, \qquad \ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}, \qquad \ce{2NaCl + 2H2O ->[\text{эл. ток}] 2NaOH + H2 ^ + Cl2 ^} \]