Щёлочи

Щёлочи (в рус. языке от слова «щёлок»; производное от того же корня, что и др.-исл. skola «стирать»^[1]) — гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов (кроме амфотерного гидроксида бериллия и обладающего слабыми основными свойствами гидроксида магния, они практически нерастворимы в воде) и таллия (гидроксид таллия(I) — является щелочью, несмотря на то что таллий это постпереходный металл, но гидроксид таллия(III) уже не является щелочью — это слабое основание, не растворимое в воде). К щелочам относятся хорошо растворимые в воде основания. При электролитической диссоциации щёлочи образуют анионы OH⁻ и катион металла.

К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп IA и IIA (начиная с кальция) периодической системы химических элементов, например NaOH (едкий натр), KOH (едкое кали), Ba(OH)₂ (едкий барий). В качестве исключений к щелочам относят гидроксид одновалентного таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является сильным основанием, и гидроксид европия(II) Eu(OH)₂. «Едкие щёлочи» — тривиальное название гидроксидов лития LiOH, натрия NaOH, калия КОН, рубидия RbOH и цезия CsOH. Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу и слизистые оболочки (вызывая сильные химические ожоги), бумагу и другие органические вещества.

Из-за очень большой химической активности щелочных металлов едкие щёлочи долгое время не удавалось разложить и они потому считались простыми веществами. Одним из первых предположение о сложном составе едких щелочей высказал Лавуазье. Основываясь на своей теории о том, что все простые вещества могут окисляться, Лавуазье решил, что едкие щёлочи — это уже окисленные сложные вещества. Однако подтвердить это удалось лишь Дэви в начале XIX века после применения им электрохимии^[2].

Гидроксиды щелочных металлов (едкие щёлочи) представляют собой твёрдые, белые (кроме гидроксида цезия — он выглядит грязно-бежевым), очень гигроскопичные вещества. Щёлочи — это сильные основания, очень хорошо растворимые в воде, причём реакция сопровождается значительным тепловыделением, причем вода в растворе может даже закипеть, что очень опасно. Сила основания и растворимость в воде возрастает с увеличением радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самые сильные щёлочи — гидроксид цезия (поскольку из-за очень малого периода полураспада гидроксид франция не получен в макроскопических количествах) в группе Ia и гидроксид радия в группе IIa. Кроме того, едкие щёлочи растворимы в этаноле и метаноле.

Щёлочи проявляют осно́вные свойства. В твёрдом состоянии все щёлочи поглощают H₂O, а также CO₂ (также и в состоянии раствора) из воздуха, постепенно превращаясь в карбонаты. Щёлочи широко применяются в промышленности.

Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.

Щёлочи, как основания, взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации). Это одно из самых важных химических свойств щелочей.

Щёлочь + Кислота → Соль + Вода

${\displaystyle {\mathsf {NaOH+HCl\longrightarrow NaCl+H_{2}O}}}$;

${\displaystyle {\mathsf {NaOH+HNO_{3}\longrightarrow NaNO_{3}+H_{2}O}}}$.

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода

${\displaystyle {\mathsf {Ca(OH)_{2}+CO_{2}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +H_{2}O}}}$;

${\displaystyle {\mathsf {2KOH+ZnO{\xrightarrow {t^{o}C}}K_{2}ZnO_{2}+H_{2}O}}}$.

Растворы щелочей взаимодействуют с металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (${\displaystyle {\mathsf {Zn,Al}}}$ и др). Уравнения этих реакций в упрощённом виде могут быть записаны следующим образом:

${\displaystyle {\mathsf {Zn+2NaOH\longrightarrow Na_{2}ZnO_{2}+H_{2}\uparrow }}}$;

${\displaystyle {\mathsf {2Al+2KOH+2H_{2}O\longrightarrow 2KAlO_{2}+3H_{2}\uparrow }}}$.

Реально в ходе этих реакций в растворах образуются гидроксокомплексы (продукты гидратации указанных выше солей):

${\displaystyle {\mathsf {Zn+2NaOH+2H_{2}O\longrightarrow Na_{2}[Zn(OH)_{4}]+H_{2}\uparrow }}}$;

${\displaystyle {\mathsf {2Al+2KOH+6H_{2}O\longrightarrow 2K[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\uparrow }}}$;

Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если образуется нерастворимое основание или нерастворимая соль:

Раствор щёлочи + Раствор соли → Новое основание + Новая соль

${\displaystyle {\mathsf {2NaOH+CuSO_{4}\longrightarrow Cu(OH)_{2}\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}}$;

${\displaystyle {\mathsf {Ba(OH)_{2}+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow 2NaOH+BaSO_{4}\downarrow }}}$;

Растворимые основания получают различными способами.

Путём электролиза хлоридов щелочных металлов

${\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\longrightarrow 2NaOH+Cl_{2}+H_{2}}}}$;

Реакцию нужно проводить под вытяжкой, так как выделяющийся хлор очень вреден для здоровья.

Реакция воды с Щелочными/Щёлочноземельными металлами

Реакцией воды с металлами IA группы и IIA группы, можно получить гидроксид и водород, который может самовоспламениться из-за высоких температур реакции.

${\displaystyle {\mathsf {2Na+2H_{2}O=2NaOH+H_{2}}}}$;

Реакция воды с оксидами и пероксидами Щелочных/Щелочноземельных металлов

Реакций оксид и пероксидов Щ и ЩЗ металлов с водой, можно получить основания, продукты реакции зависят от нагрева в случае пероксидов

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O_{2}+2H_{2}O=2NaOH+H_{2}O_{2}}}}$;

${\displaystyle {\mathsf {2Na_{2}O_{2}+2H_{2}O=4NaOH+O_{2}}}}$(t°);

${\displaystyle {\mathsf {CaO+H_{2}O=Ca(OH)_{2}}}}$;

Взаимодействие щелочей с растворимыми солями с образованием другой щелочи и нерастворимой соли

При реакции щелочей с растворимыми солями образуется новая соль (Для удачного исхода реакции, конечным продуктом должна быть именно нерастворимая соль иначе мы получим лишь раствор свободных ионов) и щелочь.

${\displaystyle {\mathsf {3LiOH+K_{3}PO_{4}=Li_{3}PO_{4}+3KOH}}}$;

Реакция соли Щелочноземельного металла которая подвергается гидролизу.

При реакции солей ЩЗ металлов, которые готовы вступить в реакцию с водой (узнать это можно по таблице растворимости) образуется щелочь и кислота (в зависимости от кислотного аниона)

${\displaystyle {\mathsf {SrS+H_{2}O=Sr(OH)_{2}+H_{2}S}}}$(t°);

Щёлочи широко применяются в различных производствах и медицине; также для дезинфекции прудов в рыбоводстве и как удобрение, в качестве электролита для щелочных аккумуляторов.

Слабощелочная почва в почвоведении — это почва, водородный показатель которой выше 7,3. Большинство растений предпочитает слабокислые почвы (с pH от 6,0 до 6,8)^[5]. Кочанная капуста предпочитает щелочные почвы, и это может помешать другим растениям.

• Колотов С. С. Щёлочи // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Едкие щёлочи // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2. (CC BY-SA 3.0)

При написании этой статьи использовался материал из издания «Казахстан. Национальная энциклопедия» (1998—2007), предоставленного редакцией «Қазақ энциклопедиясы» по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.