Конспект урока: Неорганические и органические основания

Понятие основания сформировалось в XVII веке и было впервые введено в химию французским химиком Гийомом Франсуа Руэлем в 1754 году. Он отметил, что кислоты, известные в те времена как летучие жидкости (к примеру, уксусная или соляная кислоты), превращаются в кристаллические соли только в сочетании с конкретными веществами. Руэль предположил, что такие вещества служат «основаниями» для образования солей в твёрдой форме.

Единая теория кислот и оснований была впервые представлена шведским физикохимиком С. Аррениусом в 1887 году. В рамках своей теории Аррениус определял кислоту как вещество, при диссоциации которого образуются протоны ${\mathrm{H}}^{+},$ а основание — как вещество, дающее при диссоциации гидроксид-ионы ${\mathrm{OH}}^{-}.$Теория Аррениуса, в тоже время имела свои недостатки, к примеру, она не учитывала влияние растворителя на кислотно-основное равновесие, и кроме этого была неприменима к неводным растворам.

С 1923 года основание стали определять в рамках теорий Брёнстеда — Лоури и Льюиса, которые широко применяются и сегодня.

Физические свойства оснований

При взаимодействии активных металлов и их оксидов с водой образуются основания.

Существует много оснований, которые состоят из атома какого-либо металла и присоединенных к нему гидрокси-групп. Гидрокси-группы одновалентны, поэтому формулу основания легко составить по валентности металла. К химическому символу металла надо приписать столько гидрокси-групп, какова валентность металла. Большинство оснований – ионные соединения.

Большая часть оснований - твердые вещества, которые характеризуются различной растворимостью в воде:

• Щелочи – растворимые в воде основания – чаще всего твердые вещества белого цвета;
• Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов: лакмус - синий, фенолфталеин - малиновый,  метиловый оранжевый - желтый;
• Нерастворимые в воде основания могут иметь различную окраску, например, гидроксид железа (III)- твердое вещество бурого цвета, гидроксид алюминия – твердое вещество белого цвета, а гидроксид меди (II) – твердое вещество голубого цвета.

Химические свойства оснований

Основания являются веществами, которые могут присоединять к себе протоны. Таким образом они являются акцепторами протонов. 

Взаимодействие кислот с основаниями

1) Взаимодействие кислот со щелочами.

Реакция нейтрализации – реакция между кислотами и щелочами.

Решение

1. Записать реакцию между азотной кислотой и гидроксидом натрия. Уравниваем и отмечаем растворимость: 

${\mathrm{HNO}}_3 + \mathrm{NaOH} \to {\mathrm{NaNO}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

  ^{Р                     P                          Р                       Н}

2. Записать реакцию в полном ионном виде:

${\mathrm{H}}^{+} + {{\mathrm{NO}}_3}^{-} + {\mathrm{Na}}^{+} + {\mathrm{OH}}^{-} \to {\mathrm{Na}}^{+} + {{\mathrm{NO}}_3}^{-} + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

3. Записать сокращенное – ионное уравнение: 

${\mathrm{H}}^{+} + {\mathrm{OH}}^{-}\to {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

2) Взаимодействие кислот c нерастворимыми основаниями.

Основания взаимодействуют с кислотами, вступая с ними в реакцию обмена, в результате также выделяется вода.

Решение

1. Записать реакцию между азотной кислотой и гидроксидом меди. Уравниваем и отмечаем растворимость:  

$2{\mathrm{HNO}}_3 + \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 \to \mathrm{Cu}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

  ^{Р                          P                             Р                          Н}

2. Записать реакцию в полном ионном виде:

$2{\mathrm{H}}^{+} + 2{{\mathrm{NO}}_3}^{-} + \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 \to {\mathrm{Cu}}^{2+} + {{\mathrm{NO}}_3}^{2-} + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

3. Записать сокращенное – ионное уравнение: 

$2{\mathrm{H}}^{+} + \mathrm{Cu}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 \to 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} + {\mathrm{Cu}}^{2+}$

3) Взаимодействие кислот c органическими основаниями.

Органические основания взаимодействуют с кислотами, вступая с ними в реакцию, в результате образуются соли по донорно-акцепторному механизму.

Решение

1. Записать реакцию между соляной кислотой и метиламином. Уравниваем и отмечаем растворимость:  

$\mathrm{HСl} + {\mathrm{СН}}_3 – {\mathrm{NН}}_2 \to \left[{\mathrm{СН}}_3{\mathrm{NH}}_3\right]\mathrm{Cl}$

                                                         ^{Р                      Н                                    Р}        

2. Записать реакцию в полном ионном виде:

${\mathrm{H}}^{+} + {\mathrm{Cl}}^{-} + {\mathrm{СН}}_3 – {\mathrm{NН}}_2 \to {\left[{\mathrm{СН}}_3{\mathrm{NH}}_3\right]}^{+} + {\mathrm{Cl}}^{-}$ 

3. Записать сокращенное – ионное уравнение: 

${\mathrm{H}}^{+} + {\mathrm{СН}}_3 – {\mathrm{NН}}_2 \to {\left[{\mathrm{СН}}_3{\mathrm{NH}}_3\right]}^{+}$

Взаимодействие щелочей с кислотными оксидами

Щелочи взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды.

Так, например реакция взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом $\left({\mathrm{CO}}_2\right)$ является качественной реакцией на углекислый газ:

$\mathrm{Ca}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2 + {\mathrm{CO}}_2 = {\mathrm{CaCO}}_3\downarrow + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Взаимодействие щелочей с кислотными оксидами

Растворы щелочей взаимодействуют с растворами солей, если в результате образуется осадок или газ.

Решение

1. Записать реакцию между хлоридом аммония и гидроксидом натрия. Уравниваем и отмечаем растворимость: 

$\mathrm{NaOH} + {\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl} \to \mathrm{NaCl} + {\mathrm{NH}}_3\uparrow + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

                                      ^{Р                         Н                        Р                    Н                        Н}                 

2. Записать реакцию в полном ионном виде:

${\mathrm{Na}}^{+} + {\mathrm{OH}}^{-} + {{\mathrm{NH}}_4}^{+} + {\mathrm{Cl}}^{-} \to {\mathrm{Na}}^{+} + {\mathrm{Cl}}^{-} + {\mathrm{NH}}_3\uparrow + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

3. Записать сокращенное – ионное уравнение: 

${{\mathrm{NH}}_4}^{+} + {\mathrm{OH}}^{–} \to {\mathrm{NH}}_3\uparrow + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
 

Применение оснований

Из всех оснований наиболее широкое применение находят щелочи. Раствор одной из них вы наверняка сможете найти дома. Эту жидкость под названием «Крот» используют в быту для промывания труб, идущих от кухонных раковин. Дело в том, что эти трубы постепенно засоряются остатками жира, которые мешают стоку воды. А щелочи обладают способностью растворять жиры. Поэтому достаточно в засоренную трубу влить небольшое количество «Крота», и через некоторое время проблема будет решена.

В последнее время в быту получили широкое распространение щелочные гели — густые жидкости, содержащие гидроксид натрия. Они предназначены для быстрого удаления остатков пригоревшего жира с поверхности кухонных плит и СВЧ- печей.

Большое количество гидроксида кальция используется в производстве сахара из сахарной свеклы. 

Из нерастворимых оснований применение находят гидроксиды алюминия $\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3$ и магния $\mathrm{Mg}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2.$ Они входят в состав медицинского препарата «Алмагель», который используют при заболеваниях пищеварительной системы.

Ответы

Упражнение 1

Углекислый газ, $\mathrm{Ca}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{CO}}_2\to {\mathrm{CaCO}}_3\downarrow +{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}.$