Щёлочи

Щёлочи (позднелат. alkali, от араб. القالي‎‎ (al-qaly) — «солянка»; в русском происходит от слова «щёлок», в свою очередь от нем. Schöllôge — «стиральный порошок») — гидроксиды щелочных, щёлочноземельных металлов. К щелочам относят хорошо растворимые в воде основания. При диссоциации щёлочи образуют анионы OH⁻ и катион металла.

К щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп Iа и IIа (начиная с кальция) периодической системы, например NaOH (едкий натрий), KOH (едкий калий), Ba(OH)₂ (едкий барий). В качестве исключения можно отнести к щелочам гидроксид одновалентного таллия TlOH, который хорошо растворим в воде и является сильным основанием. Едкие щёлочи — тривиальное название гидроксидов лития LiOH, натрия NaOH, калия КОН, рубидия RbOH, и цезия CsOH.

Физические свойства

Гидроксиды щелочных металлов (едкие щёлочи) представляют собой твёрдые, белые, очень гигроскопичные вещества. Щёлочи — сильные основания, очень хорошо растворимые в воде, причём реакция сопровождается значительным тепловыделением. 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.

Химические свойства

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

Качественные реакции на щёлочи

Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов

Индикатор и номер перехода	х	Интервал pH и номер перехода	Цвет щёлочной формы
Метиловый фиолетовый		0,13-0,5 [I]		зелёный
Крезоловый красный [I]		0,2-1,8 [I]		жёлтый
Метиловый фиолетовый [II]		1,0-1,5 [II]		синий
Тимоловый синий [I]	к	1,2-2,8 [I]		жёлтый
Тропеолин 00	o	1,3-3,2		жёлтый
Метиловый фиолетовый [III]		2,0-3,0 [III]		фиолетовый
(Ди)метиловый жёлтый	o	3,0-4,0		жёлтый
Бромфеноловый синий	к	3,0-4,6		сине-фиолетовый
Конго красный		3,0-5,2		синий
Метиловый оранжевый	o	3,1-(4,0)4,4		(оранжево-)жёлтый
Бромкрезоловый зелёный	к	3,8-5,4		синий
Бромкрезоловый синий		3,8-5,4		синий
Лакмоид	к	4,0-6,4		синий
Метиловый красный	o	4,2(4,4)-6,2(6,3)		жёлтый
Хлорфеноловый красный	к	5,0-6,6		красный
Лакмус (азолитмин)		5,0-8,0 (4,5-8,3)		синий
Бромкрезоловый пурпурный	к	5,2-6,8(6,7)		ярко-красный
Бромтимоловый синий	к	6,0-7,6		синий
Нейтральный красный	o	6,8-8,0		янтарно-жёлтый
Феноловый красный	о	6,8-(8,0)8,4		ярко-красный
Крезоловый красный [II]	к	7,0(7,2)-8,8 [II]		тёмно-красный
α-Нафтолфталеин	к	7,3-8,7		синий
Тимоловый синий [II]	к	8,0-9,6 [II]		синий
Фенолфталеин [I]	к	8,2-10,0 [I]		малиново-красный
Тимолфталеин	к	9,3(9,4)-10,5(10,6)		синий
Ализариновый жёлтый ЖЖ	к	10,1-12,0		коричнево-жёлтый
Нильский голубой		10,1-11,1		красный
Диазофиолетовый		10,1-12,0		фиолетовый
Индигокармин		11,6-14,0		жёлтый
Epsilon Blue		11,6-13,0		тёмно-фиолетовый

Взаимодействие с кислотами

Реакция нейтрализации между гидроксидом натрия и соляной кислотой. Индикаторный агент бромтимоловый синий.

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

Щёлочь + Кислота → Соль + Вода

$\mathsf{KOH + HCl \longrightarrow KCl + H_2O}$;

$\mathsf{NaOH + HNO_3 \longrightarrow NaNO_3 + H_2O}$.

Взаимодействие с кислотными оксидами

Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

Щёлочь + Кислотный оксид → Соль + Вода

$\mathsf{Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O}$;

Взаимодействие с амфотерными оксидами

$\mathsf{2KOH + ZnO \xrightarrow{t^oC} K_2ZnO_2 + H_2O}$.

Взаимодействие с переходными металлами

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

$\mathsf{Zn + 2NaOH \longrightarrow Na_2ZnO_2 + H_2 \uparrow}$;

$\mathsf{2Al + 2KOH + 2H_2O \longrightarrow 2KAlO_2 + 3H_2 \uparrow}$.

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

$\mathsf{Zn + 2NaOH + 2H_2O \longrightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2 \uparrow}$;

$\mathsf{2Al + 2KOH + 6H_2O \longrightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow}$;

Взаимодействие с растворами солей

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

Раствор щёлочи + Раствор соли → Новое основание + Новая соль

$\mathsf{2NaOH + CuSO_4 \longrightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4}$;

$\mathsf{Ba(OH)_2 + Na_2SO_4 \longrightarrow 2NaOH + BaSO_4 \downarrow}$;

Получение

Растворимые основания получают различными способами

Гидролиз щелочных\щелочноземельных металлов

Получают путём электролиза хлоридов щелочных металлов или действием воды на оксиды щелочных металлов.

Литература

• Колотов С. С.,. Щелочи // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.