2.2. Гидроксиды

Гидроксидами называют соединения, которые можно представить общей формулой Э(OH)_п (в виде основной формы гидроксида), где Э — любой химический элемент, ОН^–– одновалентный гидроксид–анион, п – число гидроксидных групп, равное степени окисления данного элемента.

Гидроксиды обычно рассматривают как продукты взаимодействия оксидов с водой — независимо от того, наблюдается это взаимодействие в действительности или гидроксид может быть получен только косвенным путем. Так, основные оксиды активных металлов, взаимодействуя с водой, дают основные гидроксиды (основания), а оксиды неметаллов (кислотные оксиды) – кислотные гидроксиды, т. е. кислородосодержащие кислоты (оксокислоты). Например, K₂O + H₂O = 2KOH; SO₃ + H₂O = H₂SO₄ — или, если представить H₂SO₄ в основной форме гидроксида — SO₂(OН)₂ .

С точки зрения протолитической (протонной) теории основаниями считают вещества, способные присоединять ион водорода. В зависимости от числа протонов, которые могут присоединяться к основанию, различают однокислотные (LiOH, NaOH, NH₄OH), двухкислотные (Ca(OH)₂, Fe(OH)₂), трехкислотные (Al(OH)₃) основания. Таким образом, кислотность основания определяется числом ОН^- - групп в молекуле основания.

Большинство оснований – твердые, нерастворимые в воде вещества (например, Cu(OH)₂, Fe(OH)₂).

Растворимые в воде основания, соответствующие основным оксидам металлов IA- и IIA- подгрупп ПС, называют щелочами (например, KOH, Ca(OH)₂).

Среди гидроксидов выделяют амфотерные гидроксиды, отвечающие амфотерным оксидам. Они способны диссоциировать в водных растворах как по типу кислот, так и по типу оснований. Поэтому амфотерные гидроксиды образуют соли при взаимодействии и с кислотами, и с основаниями (щелочами).

С кислотами они взаимодействуют как основания:

Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = ZnSO₄ + 2H₂O.

Со щелочами они реагируют как кислоты:

Zn(OH)₂ + 2 NaOH = Na₂ZnO₂ + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄].

К амфотерным гидроксидам относятся, например, Be(OH)₂, Al(OH)₃, Sn(OH)₂, Pb(OH)₂, Cr(OH)₃, которые соответствуют их амфотерным оксидам: BeO, Al₂O₃, SnO, PbO, Cr₂O₃.

Все амфотерные гидроксиды — нерастворимы в воде, поэтому их получают косвенным путем, обычно при взаимодействии солей соответствующих металлов со щелочами, обычно NaOH или КOH.

Например, амфотерный гидроксид Zn(OH)₂ можно получить в реакции: ZnSO₄ + 2 NaOH = Zn(OH)₂↓+ 2H₂O.

2.3. Кислоты

Кислоты – это сложные химические соединения, которые, подвергаясь электролитической диссоциации при растворении в воде, образуют раствор, содержащий избыток ионов водорода Н⁺ или ионов гидроксония Н₃О⁺.

Например, HCl + H₂O ↔ H₃O⁺ + Cl^– = Н⁺. Н₂О + Сl^-,

H₂SO₄ ↔ H⁺ + HSO₄^–; HSO₄^– ↔ H⁺ + SO₄ ^2-

Различают одноосновные (НNO₃ ,HСl и др.) и многоосновные (двух-, трех- и т. д. -основные) кислоты (H₂SO₄, H₃PO₄, H₄SiO₄ , H₄Р₂О₇, Н₆ТеО₆ ). Основность кислоты определяется количеством атомов (ионов) водорода в молекулярной формуле кислоты.

Двух- или более основные кислоты подвергаются ступенчатой диссоциации, например: H₂SO₄  H⁺ + HSO₄^- (I) ; HSO₄ ^- H⁺ + SO₄ ^2- (II) --ступенчатая диссоциация соответственно по первой и второй ступеням. Суммарное уравнение (полной диссоциации) записывают в виде:

H₂SO₄  2H⁺ + SO₄^2- .

Различают сильные и слабые кислоты. Сила кислоты определяется степенью и константой ее электролитической диссоциации на ионы в водных растворах. Так, например, степень диссоциации 0,1Н растворов сильных кислот (Н₂SO₄, HNO₃, HCl) составляет соответственно 58 %, 92 %, 91 %, у слабых кислот (CH₃COOH, H₃BO₃, H₂S) – соответственно 1,3 %, 0,01 %, 0,07 %.

Значения констант электролитической диссоциации равны для указанных кислот: Н₂SO₄ — 1.10³ (I) и 1,2.10^-2 (II); HNO₃ — 4,36.10; HCl — 1.10⁷; CH₃COOH — 1,79.10^-5; H₃BO₃ -— 5,8.10^-10 (I), 1,8.10-13 (II) и 1,6.10^-14 (III); H₂S – 6.10^-8 (I) и 1.10^-14 (II).

Кислоты подразделяют также на кислородсодержащие — оксокислоты (HNO₃, H₂Cr₂O₇ и др. — это кислотные гидроксиды) и бескислородные (HCl, H₂S, H₂Se и др. — как правило, это растворы соответствующих газов в воде).

Все характерные свойства кислот (кислый вкус, возможность взаимодействия с другими веществами) обусловлены присутствием ионов водорода Н⁺ или гидроксония Н₃О⁺ (Н⁺ + Н₂О).

Кислоты являются химически очень активными веществами. Они растворяют металлы, взаимодействуют с основаниями, основными и амфотерными оксидами с образованием солей.

Например, Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O

2NaCl + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HCl

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ 2HCl