Еще из школьной программы мы узнали, что есть такие вещества под названием «щелочи», но что это такое не каждый взрослый может вспомнить, в отличии от ученика средней школы. Так что такое щелочь и как различные щелочи влияют на нашу жизнь? Все ответы в нашей статье.

Щелочи и периодическая система

Словарь и школьный учебник твердит нам, что это не просто какие-то химические элементы, а гидроксиды щелочноземельных металлов и аммония. Щелочи могут превосходно растворяться в воде.

Менделеев определил щелочи в своей таблице, как гидроксиды металлов первой «А» подгруппы и второй «А» подгруппы, мы можем их видеть в таблице от расположения кальция, к примеру, NaOH или Ba(OH)2. Обычно такие химические соединения именуются «щелочи едкие». К ним относятся еще такие химические элементы, как гидроксиды (NaOH ,LiOH, RbOH и другие).

Внешний вид и консистенция щелочей: цвет белый, твердые на ощупь и им присуща гигроскопичность.

Еще со школьной программы мы можем помнить, что при соединении с водой щелочи резко начинают реагировать и дают много тепла. Щелочи хорошо растворяются в обычной воде. Водорастворимость их увеличивается, если увеличить радиус катиона в каждой следующей группе таблицы Менделеева (периодической системы).

Щелочи и повседневная жизнь

Самыми агрессивными щелочами на сегодняшний день являются цезия гидроксид, первой группы «А», как и радия гидроксид. Все мы знакомы с нашатырным спиртом, так нам помогающим в некоторых ситуациях, так это тоже щелочь! Этот раствор представляет собой: раствор водный аммиачного газа. Так же все в домашнем хозяйстве и для ремонта использовали известь. Гашеная известь тоже относится к щелочи. Примеры, приведенные в нашей статье, помогут вам, дорогие читатели, больше разобраться в помощи щелочей для нашего быта.

Если щелочь находится в твердом состоянии, то она может поглощать в себя окружающий ее углекислый газ (если она раствор) и воду. Но со временем она превратится в карбонат.

Очень важно отметить, что щелочи - настоящие друзья для хозяек. Некоторые свойства щелочей помогают рядовому человеку каждый день. Дело в том, что щелочи могут образовывать соли при реакции с определенными кислотами. Так же они имеют способность проводить электрический ток (щелочи можно так же называть электролитами).

Свойства

Стоит включить в выше написанное определение щелочи и их свойства:

• возможность растворять жир,
• возможность растворения некоторыми щелочами растительных и животных тканей,
• концентрированные щелочи растворяют одежду, материи и при попадании на кожу могут вызвать ожог или раздражение,
• взаимодействуют с определенными металлами,
• свойство защиты стали от порчи (коррозии).

Меры предосторожности

Щелочь - ядовитое и опасное вещество, поэтому стоит очень серьезно отнестись к его хранению и транспортировке. Поэтому никогда не помещайте щелочь в пищевые емкости. Всегда отдельно храните эти вещества от жилой зоны в доме или другом помещении. При открытой работе со щелочами всегда защищайте глаза при помощи очков.

Что такое кислота или соль, большинству прекрасно известно. Сложно найти человека, который не держал в руках бутылку уксуса или не использовал в жизни пищевой продукт, без которого практически любая еда кажется пресной и невкусной. А вот что такое щелочь? Это то же самое, что основание, или нет? Чем она отличается от кислоты? Подобные вопросы способны озадачить кого угодно, а потому позволим себе освежить те знания, которые когда-то были получены в школе.

Щелочь - это что такое?

Начнем с того, что соединения металлов с водой в химии принято называть гидроксидами. Вещество данного типа, образованное аммонием, щелочным или носит название щелочь. В свою очередь, основание - это электролит, в составе которого, помимо гидроксид-ионов (ОН -), других анионов нет. Таким образом, можно сказать, что щелочь - это любое растворимое основание. Сформировать такой гидроксид могут лишь металлы подгрупп Ia и IIa (те, что идут после кальция). Примером таких соединений может служить натриевая щелочь (формула NaOH), едкий бариат (Ba(OH) 2), гидроксид калия (КОН), гидроксид цезия (CsOH) и т.д. Собой они представляют твердые белые вещества, для которых характерна высокая гигроскопичность.

Свойства щелочей

Растворение в воде подобных соединений сопровождается значительным тепловыделением. В группе Ia самая сильная щелочь - это гидроксид цезия, а в группе IIa - гидроксид радия. Примером слабого соединения данного типа может служить и Едкие щелочи способны растворяться в этаноле и метаноле. В твердом состоянии все эти вещества поглощают из воздуха воду и углекислый газ и медленно превращаются в карбонаты. Самое важное свойство щелочи состоит в том, что в результате ее реакции с кислотой образуется соль - эту особенность очень часто применяют в промышленности. Через эти соединения может проходить электрический ток, и поэтому их часто используют в качестве электролитов. Получают щелочи при помощи электролиза хлоридов или через взаимодействие оксидов с водой. В промышленности обычно используется первый способ, а второй применяют по большей части для получения гашеной извести. В щелочной среде растворяется жир, и это свойство широко используется при изготовлении мыла. Ряд оснований может разрушать растительные и раздражать кожу и разрушать одежду. Щелочи могут реагировать с некоторыми металлами (например, с алюминием) и способны защитить сталь от коррозии. Они устойчивы к нагреванию - гидроксид натрия можно расплавить и довести до кипения, но при этом разлагаться он не будет.

Этим щелочи сильно отличаются от нерастворимых оснований, некоторые из которых (к примеру, гидроксид серебра) распадается уже при комнатной температуре. Так же как и кислоты, эти вещества требуют огромной осторожности и предъявляют высокие требования к соблюдению рекомендаций по безопасности. Для защиты глаз при работе со щелочью обычно надевают очки. Хранить их допускается лишь в специальных сосудах - питьевые емкости для этого совершенно не подходят.

Это элементы I группы периодической системы: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr); очень мягкие, пластичные, легкоплавкие и легкие, как правило, серебристо-белого цвета; химически очень активны; бурно реагируют с водой, образуя щёлочи (откуда название).

Все щелочные металлы чрезвычайно активны, во всех химических реакциях проявляют восстановительные свойства, отдают свой единственный валентный электрон, превращаясь в положительно заряженный катион, проявляют единственную степень окисления +1.

Восстановительная способность увеличивается в ряду ––Li–Na–K–Rb–Cs.

Все соединения щелочных металлов имеют ионный характер.

Практически все соли растворимы в воде.

Низкие температуры плавления,

Малые значения плотностей,

Мягкие, режутся ножом

Вследствие своей активности щелочные металлы хранят под слоем керосина, чтобы преградить доступ воздуха и влаги. Литий очень легкий и в керосине всплывает на поверхность, поэтому его хранят под слоем вазелином.

Химические свойства щелочных металлов

1. Щелочные металлы активно взаимодействуют с водой:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 ­

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2 ­

2. Реакция щелочных металлов с кислородом:

4Li + O 2 → 2Li 2 O (оксид лития)

2Na + O 2 → Na 2 O 2 (пероксид натрия)

K + O 2 → KO 2 (надпероксид калия)

На воздухе щелочные металлы мгновенно окисляются. Поэтому их хранят под слоем органических растворителей (керосин и др.).

3. В реакциях щелочных металлов с другими неметаллами образуются бинарные соединения:

2Li + Cl 2 → 2LiCl (галогениды)

2Na + S → Na 2 S (сульфиды)

2Na + H 2 → 2NaH (гидриды)

6Li + N 2 → 2Li 3 N (нитриды)

2Li + 2C → Li 2 C 2 (карбиды)

4. Реакция щелочных металлов с кислотами

(проводят редко, идет конкурирующая реакция с водой):

2Na + 2HCl → 2NaCl + H 2 ­

5. Взаимодействие щелочных металлов с аммиаком

(образуется амид натрия):

2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2

6. Взаимодействие щелочных металлов со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2 ;

2K + 2C 6 H 5 OH = 2C 6 H 5 OK + H 2 ;

7. Качественная реакция на катионы щелочных металлов — окрашивание пламени в следующие цвета:

Li + – карминово-красный

Na + – желтый

K + , Rb + и Cs + – фиолетовый

Получение щелочных металлов

Металлические литий, натрий и калий получают электролизом расплава солей (хлоридов), а рубидий и цезий – восстановлением в вакууме при нагревании их хлоридов кальцием: 2CsCl+Ca=2Cs+CaCl 2
В небольших масштабах используется также вакуум-термическое получение натрия и калия:

2NaCl+CaC 2 =2Na+CaCl 2 +2C;
4KCl+4CaO+Si=4K+2CaCl 2 +Ca 2 SiO 4 .

Активные щелочные металлы выделяются в вакуум-термических процессах благодаря своей высокой летучести (их пары удаляются из зоны реакции).

Особенности химических свойств s-элементов I группы и их физиологическое действие

Электронная конфигурация атома лития 1s 2 2s 1 . У него самый большой во 2-м периоде атомный радиус, что облегчает отрыв валентного электрона и возникновение иона Li + со стабильной конфигурацией инертного газа (гелия). Следовательно, его соединения образуются с передачей электрона от лития к другому атому и возникновением ионной связи с небольшой долей ковалентности. Литий ‑ типичный металлический элемент. В виде вещества это щелочной металл. От других членов I группы он отличается малыми размерами и наименьшей, по сравнению с ними, активностью. В этом отношении он напоминает расположенный по диагонали от Li элемент II группы ‑ магний. В растворах ион Li + сильно сольватирован; его окружают несколько десятков молекул воды. Литий по величине энергии сольватации - присоединения молекул растворителя, стоит ближе к протону, чем к катионам щелочных металлов.

Малый размер иона Li + , высокий заряд ядра и всего два электрона создают условия для возникновения вокруг этой частицы довольно значительного поля положительного заряда, поэтому в растворах к нему притягивается значительное число молекул полярных растворителей и его координационное число велико, металл способен образовывать значительное число литийорганических соединений.

Натрием начинается 3-й период, поэтому у него на внешнем уровне всего 1е — , занимающий 3s-орбиталь. Радиус атома Na - наибольший в 3-м периоде. Эти две особенности определяют характер элемента. Его электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 . Единственная степень окисления натрия +1. Электроотрицательность его очень мала, поэтому в соединениях натрий присутствует только в виде положительно заряженного иона и придает химической связи ионный характер. По размеру ион Na + значительно больше, чем Li + , и сольватация его не так велика. Однако в растворе в свободном виде он не существует.

Физиологическое значение ионов К + и Na + связано с их различной адсорбируемостью на поверхности компонентов, входящих в состав земной коры. Соединения натрия лишь незначительно подвержены адсорбции, в то время как соединения калия прочно удерживаются глиной и другими веществами. Мембраны клеток, являясь поверхностью раздела клетка ‑ среда, проницаемы для ионов К + , вследствие чего внутриклеточная концентрация К + значительно выше, чем ионов Na + . В то же время в плазме крови концентрация Na + превышает содержание в ней калия. С этим обстоятельством связывают возникновение мембранного потенциала клеток. Ионы К + и Na + ‑ одни из основных компонентов жидкой фазы организма. Их соотношение с ионами Са 2+ строго определенно, а его нарушение приводит к патологии. Введение ионов Na+ в организм не оказывает заметного вредного влияния. Повышение же содержания ионов К + вредно, но в обычных условиях рост его концентрации никогда не достигает опасных величин. Влияние ионов Rb + , Cs + , Li + еще недостаточно изучено.

Из различных поражений, связанных с применением соединений щелочных металлов, чаще всего встречаются ожоги растворами гидроксидов. Действие щелочей связано с растворением в них белков кожи и образованием щелочных альбуминатов. Щелочь вновь выделяется в результате их гидролиза и действует на более глубокие слои организма, вызывая появление язв. Ногти под влиянием щелочей становятся тусклыми и ломкими. Поражение глаз, даже очень разбавленными растворами щелочей, сопровождается не только поверхностными разрушениями, но нарушениями более глубоких участков глаза (радужной оболочки) и приводит к слепоте. При гидролизе амидов щелочных металлов одновременно образуется щелочь и аммиак, вызывающие трахеобронхит фибринозного типа и воспаление легких.

Калий был получен Г. Дэви практически одновременно с натрием в 1807 г. при электролизе влажного гидроксида калия. От названия этого соединения ‑ «едкое кали» и получил свое наименование элемент. Свойства калия заметно отличаются от свойств натрия, что обусловлено различием величин радиусов их атомов и ионов. В соединениях калия связь более ионная, а в виде иона К + он обладает меньшим поляризующим действием, чем натрий, из-за больших размеров. Природная смесь состоит из трех изотопов 39 К, 40 К, 41 К. Один из них 40 К ‑ радиоактивен и определенная доля радиоактивности минералов и почвы связана с присутствием этого изотопа. Его период полураспада велик ‑ 1,32 млрд. лет. Определить присутствие калия в образце довольно легко: пары металла и его соединения окрашивают пламя в фиолетово-красный цвет. Спектр элемента довольно прост и доказывает наличие 1е — на 4s-орбитали. Изучение его послужило одним из оснований для нахождения общих закономерностей в строении спектров.

В 1861 г. при исследовании соли минеральных источников спектральным анализом Роберт Бунзен обнаружил новый элемент. Его наличие доказывалось темно-красными линиями в спектре, которых не давали другие элементы. По цвету этих линий элемент и был назван рубидием (rubidus-темно-красный). В 1863 г. Р. Бунзен получил этот металл и в чистом виде восстановлением тартрата рубидия (виннокислой соли) сажей. Особенностью элемента является легкая возбудимость его атомов. Электронная эмиссия у него появляется под действием красных лучей видимого спектра. Это связано с небольшой разницей в энергиях атомных 4d и 5s-орбиталей. Из всех щелочных элементов, имеющих стабильные изотопы, рубидию (как и цезию) принадлежит один из самых больших атомных радиусов и маленький потенциал ионизации. Такие параметры определяют характер элемента: высокую электроположительность, чрезвычайную химическую активность, низкую температуру плавления (39 0 C) и малую устойчивость к внешним воздействиям.

Открытие цезия, как и рубидия, связано со спектральным анализом. В 1860 г. Р.Бунзен обнаружил две яркие голубые линии в спектре, не принадлежащие ни одному известному к тому времени элементу. Отсюда произошло и название «цезиус» (caesius), что значит небесно-голубой. Это последний элемент подгруппы щелочных металлов, который ещё встречается в измеримых количествах. Наибольший атомный радиус и наименьшие первые потенциалы ионизации определяют характер и поведение этого элемента. Он обладает ярко выраженной электроположительностью и ярко выраженными металлическими качествами. Стремление отдать внешний 6s-электрон приводит к тому, что все его реакции протекают исключительно бурно. Небольшая разница в энергиях атомных 5d- и 6s-орбиталей обусловливает легкую возбудимость атомов. Электронная эмиссия у цезия наблюдается под действием невидимых инфракрасных лучей (тепловых). Указанная особенность структуры атома определяет хорошую электрическую проводимость тока. Все это делает цезий незаменимым в электронных приборах. В последнее время все больше внимания уделяется цезиевой плазме как топливу будущего и в связи с решением проблемы термоядерного синтеза.

На воздухе литий активно реагирует не только с кислородом, но и с азотом и покрывается пленкой, состоящей из Li 3 N (до 75%) и Li 2 O. Остальные щелочные металлы образуют пероксиды (Na 2 O 2) и надпероксиды (K 2 O 4 или KO 2).

Перечисленные вещества реагируют с водой:

Li 3 N + 3 H 2 O = 3 LiOH + NH 3 ;

Na 2 O 2 + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2 O 2 ;

K 2 O 4 + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 O 2 + O 2 .

Для регенерации воздуха на подводных лодках и космических кораблях, в изолирующих противогазах и дыхательных аппаратах боевых пловцов (подводных диверсантов) использовалась смесь «оксон»:

Na 2 O 2 +CO 2 =Na 2 CO 3 +0,5O 2 ;

K 2 O 4 + CO 2 = K 2 CO 3 + 1,5 O 2 .

В настоящее время это стандартная начинка регенерирующих патронов изолирующих противогазов для пожарных.
Щелочные металлы реагируют при нагревании с водородом, образуя гидриды:

Гидрид лития используется как сильный восстановитель.

Гидроксиды щелочных металлов разъедают стеклянную и фарфоровую посуду, их нельзя нагревать и в кварцевой посуде:

SiO 2 +2NaOH=Na 2 SiO 3 +H 2 O.

Гидроксиды натрия и калия не отщепляют воду при нагревании вплоть до температур их кипения (более 1300 0 С). Некоторые соединения натрия называют содами :

а) кальцинированная сода, безводная сода, бельевая сода или просто сода – карбонат натрия Na 2 CO 3 ;
б) кристаллическая сода – кристаллогидрат карбоната натрия Na 2 CO 3 . 10H 2 O;
в) двууглекислая или питьевая – гидрокарбонат натрия NaHCO 3 ;
г) гидроксид натрия NaOH называют каустической содой или каустиком.

Щелочи относятся к группе химических соединений под названием основания. Основания состоят из гидрокси-группы (ОН) и атома металла (К, Na, Li, Ca, Ba) или катиона аммония вместо него.

Щелочи представляют собой растворимые основания. Их кристаллы при растворении становятся едкими и «мыльными». Исходя из этого, для оказания неотложной помощи при ожогах щелочами используют слабые растворы кислот (преимущественно уксусной и борной). Этот прием получил название реакции нейтрализации, в результате которой образуются соль и вода. А при работе с ними используют защитные очки и резиновые перчатки

Щелочи относят к сильным основаниям – они активно реагируют с другими веществами благодаря легкому отщеплению гидрокси-групп. Как и другие основания, они при нагревании распадаются на воду и оксид, а их растворы изменяют цвет индикаторов.

Щелочи хранят в пластиковой посуде, поскольку они разъедают даже фарфор и стекло. Они сильно впитывают влагу.

Применение щелочи. Каустическая сода (она же гидроксид натрия или едкий натр) обладает моющими способностями, используется в составе многих средств бытовой химии. Больше всего подходит для растворения жиров. Едкий натр также применяют для изготовления целлюлозы в бумажной промышленности, производства масел в нефтепереработке, он выступает в роли катализатора или реагента в химической отрасли. Его применяют в производстве экологически чистого биодизельного топлива. И что совершенно удивительно, эта щелочь используется при изготовлении какао, мороженого, шоколада, хлеба, напитков.

Гашеная известь (гидроксид кальция) нашла широкое применение в строительстве для побелки и штукатурки стен.

Нашатырный спирт (раствор аммиака) обладает сильным запахом. Смягчает при стирке шерсть, удаляет пятна от молока, смолы, жира. Хорошо без разводов отмывает стекло, золото, серебро.

Щелочи используют в рыбоводстве для дезинфекции прудов и в качестве удобрения. Они выступают в качестве электролита для щелочных аккумуляторов.

Щелочи широко используют в медицине как антисептики, прижигающие и раздражающие препараты, поскольку они способны растворять белки. Щелочные минеральные воды благотворно влияют на организм при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Эти вещества также применяют при лечении подагры (растворяют мочевую кислоту), стоматита, заболеваний дыхательной системы (муколитическое действие), как мочегонное средство, при отравлении кислотами (в данном случае работает та же реакция нейтрализации).

Щелочи участвуют в процессах изготовления мыла, искусственного волокна, каучука, красителей, витаминов, обработки древесины, очистки металлических предметов, а также участвуют в химической и легкой промышленности, сельском хозяйстве (удобрения), металлургии. Щелочи выступают как хладагент в холодильных установках.

Как видно из статьи, щелочи играют огромную роль в жизни человека. Но следует помнить об опасностях, которые подстерегают при работе с ними. Соблюдая технику безопасности, нам удалось сделать их своими помощниками.

Инструкция

Запаситесь исходными веществами для приготовления щелочи – едкого натра. На 1 кг соды возьмите 0,9 кг гашеной извести. Приготовьте раствор соды, для чего 1 кг соды растворите в 4,5 л воды.

Поместите раствор соды в котел (можно сразу растворить соду в котле для варки). Нагрейте жидкость до 60оС.

В котел небольшими порциями влейте смешанную с водой гашеную известь («известковое молоко»). Поскольку раствор при этом пенится и может пойти через край, загружайте котел на две трети его . Во время варки хорошо размешивайте жидкость; чем тщательнее будет размешана жидкость, тем качественнее произойдет обыкновенной соды в едкий натр.

Нагревайте образовавшуюся смесь в течение часа, после чего дайте ей отстояться. Слейте прозрачный раствор с осадка. Эта жидкость представляет собой раствор едкого натра или гидроксид натрия, самую распространенную щелочь (химическая формула NaOH). Осадок представляет собой не растворившуюся известь, мел и некоторые примеси.

После удаления прозрачного раствора к оставшемуся осадку добавьте воды и несколько раз вскипятите, а потом дайте отстояться. Затем вновь слейте прозрачную жидкость, представляющую раствор едкого натра, но уже меньшей крепости.

Если для омыления жира с целью приготовления мыла нужна более крепкая щелочь, полученный раствор следует выпарить. После испарения воды раствор щелочи станет более крепким. Соответственно, если для ваших нужд необходима щелочь меньшей крепости, разбавьте раствор водой. При описанном способе домашнего изготовления едкого натра из 1 кг кальцинированной соды получается около 0,8 кг конечного продукта.

Источники:

• Как приготовить раствор щелочи калия

Щелочи – это гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов и аммония. К ним относятся отлично растворимые в воде основания. Анионы OH− и катион металла образуются при диссоциации щелочей.

В периодической системе к щелочам относятся гидроксиды металлов подгрупп Iа и IIа (начиная с кальция), например, Ba(OH)2 (едкий барит), KOH (едкий калий), NaOH (едкий натр), носящие обывательское название «едкие щелочи». Едкими щелочами называются гидроксиды натрия NaOH, лития LiOH, рубидия RbOH, КОН и CsOH. Они представляют собой , твердые и очень гигроскопичные вещества.Щелочи основаниями, которые хорошо растворяются в воде со значительным тепловыделением при реакции. Растворимость в воде и сила основания возрастают при увеличении радиуса катиона в каждой группе периодической системы. Самыми сильными щелочами являются гидроксид цезия в группе Ia и гидроксид в группе IIa. Водный раствор газа-аммиака, называющийся нашатырным спиртом – это слабая щелочь . Гашеная известь – это также натриевая щелочь . Помимо этого, едкие щелочи могут растворяться в метаноле и этаноле.Все щелочи в твердом состоянии поглощают воду и углекислый газ из воздуха (и в состоянии раствора), постепенно превращаясь в карбонаты. При важном химическом свойстве – способности образования солей в реакции с кислотами щелочи получили широкое распространение в промышленности. Могут проводить электрический ток, поэтому их также называют электролитами.Получить щелочи можно путем воздействия воды на оксиды щелочных металлов или путем электролиза хлоридов.Свойства щелочей: растворяют жир, некоторые из них могут растворять животные и растительные ткани, разрушают одежду и раздражают кожу, могут взаимодействовать с некоторыми металлами (алюминий), защищают сталь от коррозии.Щелочи и кислоты опасны, их необходимо хранить только в специальных сосудах, обозначенных этикетками, и ни в коем случае не в питьевых емкостях. При работе следует надевать защитные очки.