Happohydroksidit ovat hydroksyyliryhmän –OH ja metallin tai ei-metallin epäorgaanisia yhdisteitä, joiden hapetusaste on +5, +6. Toinen nimi on happea sisältävät epäorgaaniset hapot. Niiden ominaisuus on protonin eliminointi dissosioitumisen aikana.
Hydroksidien luokitus
Hydroksideja kutsutaan myös hydroksidiksi ja vodoksidiksi. Melkein kaikissa kemiallisissa alkuaineissa niitä on, jotkut ovat laajalle levinneitä luonnossa, esimerkiksi mineraalit hydrargilliitti ja brusiitti ovat alumiini- ja vastaavasti magnesiumhydroksideja.
Seuraavat hydroksidityypit erotellaan:
- perus;
- amfoteerinen;
- happo.
Luokittelu perustuu siihen, onko hydroksidin muodostava oksidi emäksinen, hapan vai amfoteerinen.
Yleiset ominaisuudet
Mielenkiintoisimpia ovat oksidien ja hydroksidien happo-emäsominaisuudet, koska reaktioiden mahdollisuus riippuu niistä. Se, onko hydroksidilla happamia, emäksisiä tai amfoteerisia ominaisuuksia, riippuu hapen, vedyn ja alkuaineen välisen sidoksen vahvuudesta.
Ionivahvuus vaikuttaapotentiaali, jossa hydroksidien emäksiset ominaisuudet heikkenevät ja hydroksidien happamat ominaisuudet lisääntyvät.
Korkeammat hydroksidit
Korkeammat hydroksidit ovat yhdisteitä, joissa muodostava alkuaine on korkeimmassa hapetustilassa. Nämä ovat kaikkien luokan tyyppien joukossa. Esimerkki emäksestä on magnesiumhydroksidi. Alumiinihydroksidi on amfoteeristä, kun taas perkloorihappo voidaan luokitella happamaksi hydroksidiksi.
Näiden aineiden ominaisuuksien muutos muodostuvasta alkuaineesta riippuen voidaan jäljittää D. I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän mukaisesti. Korkeampien hydroksidien happamat ominaisuudet lisääntyvät vasemm alta oikealle, kun taas metalliset ominaisuudet vastaavasti heikkenevät tähän suuntaan.
Perushydroksidit
Suppeassa merkityksessä tätä tyyppiä kutsutaan emäkseksi, koska OH-anioni hajoaa dissosioitumisensa aikana. Tunnetuimmat näistä yhdisteistä ovat alkalit, esimerkiksi:
- Sammutettu kalkki Ca(OH)2 käytetään valkaisutiloissa, nahan parkitsemisessa, sienilääkkeiden, laastien ja betonin valmistuksessa, veden pehmentämisessä, sokerin, valkaisuaineen ja lannoitteiden valmistuksessa, kaustisoinnissa natrium- ja kaliumkarbonaatit, happamien liuosten neutralointi, hiilidioksidin havaitseminen, desinfiointi, maaperän vastustuskyvyn vähentäminen, elintarvikelisäaineena.
- KOH kaustinen potaska, jota käytetään valokuvauksessa, öljynjalostuksessa, elintarvike-, paperi- ja metallurgisessa teollisuudessa, samoin kuin alkaliparisto, hapon neutraloija, katalyytti, kaasunpuhdistin, pH-säädin, elektrolyytti,pesuaineiden, porausnesteiden, väriaineiden, lannoitteiden, potaskan, orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden, torjunta-aineiden, syylien hoitoon tarkoitettujen lääkevalmisteiden, saippuoiden, synteettisen kumin komponentti.
- Kaustinen sooda NaOH, tarvitaan massa- ja paperiteollisuudessa, rasvojen saippuointi pesuaineiden valmistuksessa, hapon neutralointi, biodieselin tuotanto, tukosten poisto, myrkyllisten aineiden kaasunpoisto, puuvillan ja villan käsittely, muottien pesu, ruoanvalmistus, kosmetologia, valokuvaus.
Emäksisiä hydroksideja muodostuu vastaavien metallioksidien vuorovaikutuksen seurauksena veden kanssa, useimmissa tapauksissa niiden hapetusaste on +1 tai +2. Näitä ovat alkali-, maa-alkali- ja siirtymäaineet.
Lisäksi emäksiä voi saada seuraavilla tavoilla:
- alkalin vuorovaikutus matala-aktiivisen metallin suolan kanssa;
- alkali- tai maa-alkalielementin ja veden välinen reaktio;
- suolan vesiliuoksen elektrolyysillä.
Happamat ja emäksiset hydroksidit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa muodostaen suolaa ja vettä. Tätä reaktiota kutsutaan neutraloimiseksi ja sillä on suuri merkitys titrimetrisen analyysin kann alta. Lisäksi sitä käytetään jokapäiväisessä elämässä. Kun happoa roiskuu, vaarallinen reagenssi voidaan neutraloida soodalla ja etikkaa käytetään alkaliin.
Lisäksi emäksiset hydroksidit muuttavat ionitasapainoa dissosioituessa liuoksessa, mikä ilmenee indikaattoreiden värien muutoksena, ja aloittavat vaihtoreaktioita.
Kuumutettuna liukenemattomat yhdisteet hajoavat oksidiksi ja vedeksi, ja alkalit sulavat. Emäksinen hydroksidi ja hapan oksidi muodostavat suolan.
Amfoteeriset hydroksidit
Joillakin elementeillä on olosuhteista riippuen joko emäksisiä tai happamia ominaisuuksia. Niihin perustuvia hydroksideja kutsutaan amfoteerisiksi. Ne on helppo tunnistaa koostumukseen sisältyvästä metallista, jonka hapetusaste on +3, +4. Esimerkiksi valkoinen hyytelömäinen aine - alumiinihydroksidi Al(OH)3, jota käytetään vedenpuhdistuksessa sen korkean adsorbointikyvyn vuoksi, rokotteiden valmistuksessa immuunivastetta tehostavana aineena, lääketieteessä happoriippuvaisten maha-suolikanavan sairauksien hoitoon. Sitä käytetään usein myös paloa hidastaviin muoveihin ja se toimii katalyyttien kantajana.
Mutta on poikkeuksia, kun elementin hapetusasteen arvo on +2. Tämä on tyypillistä berylliumille, tinalle, lyijylle ja sinkille. Viimeisen metallin Zn(OH)2 hydroksidia käytetään laaj alti kemianteollisuudessa, pääasiassa erilaisten yhdisteiden synteesiin.
Voit saada amfoteeristä hydroksidia antamalla siirtymämetallisuolan liuoksen reagoida laimean alkalin kanssa.
Amfoteerinen hydroksidi ja happooksidi, alkali tai happo muodostavat suolan vuorovaikutuksessa. Hydroksidin kuumentaminen johtaa sen hajoamiseen vedeksi ja metahydroksidiksi, joka edelleen kuumennettaessa muuttuu oksidiksi.
Amfoteerinen jahappamat hydroksidit käyttäytyvät samalla tavalla emäksisessä väliaineessa. Amfoteeriset hydroksidit toimivat emäksinä vuorovaikutuksessa happojen kanssa.
Happohydroksidit
Tälle tyypille on ominaista alkuaineen läsnäolo hapetustilassa +4 - +7. Liuoksessa ne pystyvät luovuttamaan vetykationin tai hyväksymään elektroniparin ja muodostamaan kovalenttisen sidoksen. Useimmiten niissä on nestemäinen aggregaatiotila, mutta niiden joukossa on myös kiinteitä aineita.
Muodostaa hydroksidihappaman oksidin, joka pystyy muodostamaan suolaa ja joka sisältää ei-metallia tai siirtymämetallia. Oksidi saadaan ei-metallin hapettumisen, hapon tai suolan hajoamisen seurauksena.
Hydroksidien happamat ominaisuudet ilmenevät niiden kyvyssä värjätä indikaattoreita, liuottaa aktiivisia metalleja vedyn kehittyessä, reagoida emästen ja emäksisten oksidien kanssa. Niiden erottuva piirre on osallistuminen redox-reaktioihin. Kemiallisen prosessin aikana ne kiinnittävät negatiivisesti varautuneita alkuainehiukkasia itseensä. Laimennus ja suoloiksi muuntaminen heikentää kykyä toimia elektronien vastaanottajana.
Näin on mahdollista erottaa paitsi hydroksidien happo-emäsominaisuudet, myös hapettavat ominaisuudet.
Typpihappo
HNO3 pidetään vahvana yksiemäksisenä happona. Se on erittäin myrkyllistä, jättää iholle haavaumia ja ihon keltaisia värjäytymiä, ja sen höyryt ärsyttävät välittömästi hengitysteiden limakalvoja. Vanha nimi on vahva vodka. Se viittaa happohydroksideihin vesiliuoksissahajoaa täysin ioneiksi. Ulkoisesti se näyttää värittömältä nesteeltä, joka savuaa ilmassa. Väkevänä vesiliuoksena pidetään 60 - 70 % aineesta, ja jos pitoisuus ylittää 95 %, sitä kutsutaan savuavaksi typpihapoksi.
Mitä suurempi pitoisuus, sitä tummemm alta neste näyttää. Se voi saada jopa ruskean värin, koska se hajoaa oksidiksi, hapeksi ja vedeksi valossa tai lievästi kuumennettaessa, joten se tulee säilyttää tummassa lasisäiliössä viileässä paikassa.
Happohydroksidin kemialliset ominaisuudet ovat sellaiset, että se voidaan tislata vain hajoamatta alennetussa paineessa. Kaikki metallit reagoivat sen kanssa paitsi kulta, jotkut platinaryhmän edustajat ja tantaali, mutta lopputuote riippuu hapon pitoisuudesta.
Esimerkiksi 60 % aineesta, kun se on vuorovaikutuksessa sinkin kanssa, pääasiallisena sivutuotteena syntyy typpidioksidia, 30 % - monooksidia, 20 % - dityppioksidia (naurukaasua). Jopa pienemmät pitoisuudet 10 % ja 3 % antavat yksinkertaisen aineen typen kaasun ja ammoniumnitraatin muodossa, vastaavasti. Siten haposta voidaan saada erilaisia nitroyhdisteitä. Kuten esimerkistä voidaan nähdä, mitä pienempi pitoisuus, sitä syvemmälle typen pelkistys tapahtuu. Myös metallin aktiivisuus vaikuttaa tähän.
Aine voi liuottaa kultaa tai platinaa vain aqua regia -seoksessa, jossa on kolme osaa suolahappoa ja yksi typpihappo. Lasi ja PTFE kestävät sitä.
Metallien lisäksi aine reagoiemäksiset ja amfoteeriset oksidit, emäkset, heikot hapot. Kaikissa tapauksissa tuloksena on suoloja ei-metallien kanssa - happoja. Kaikki reaktiot eivät tapahdu turvallisesti, esimerkiksi amiinit ja tärpätti syttyvät itsestään joutuessaan kosketuksiin tiivistetyn hydroksidin kanssa.
Suoloja kutsutaan nitraateiksi. Kuumennettaessa ne hajoavat tai niillä on hapettavia ominaisuuksia. Käytännössä niitä käytetään lannoitteina. Niitä ei käytännössä esiinny luonnossa korkean liukoisuuden vuoksi, joten kaikki suolat paitsi kalium ja natrium saadaan keinotekoisesti.
Happo itse saadaan syntetisoidusta ammoniakista ja väkevöidään tarvittaessa useilla tavoilla:
- tasapainon vaihtaminen painetta lisäämällä;
- kuumentamalla rikkihapon läsnäollessa;
- tislaus.
Lisäksi sitä käytetään mineraalilannoitteiden, väriaineiden ja lääkkeiden tuotannossa, sotateollisuudessa, maalaustelinegrafiikassa, koruissa, orgaanisessa synteesissä. Joskus laimeaa happoa käytetään valokuvauksessa sävytysliuosten happamoittamiseksi.
Rikkihappo
Н2SO4 on vahva kaksiemäksinen happo. Se näyttää värittömältä raska alta öljymäiseltä nesteeltä, hajuttom alta. Vanhentunut nimi on vitrioli (vesiliuos) tai vitrioliöljy (seos rikkidioksidin kanssa). Tämä nimi annettiin siitä syystä, että 1800-luvun alussa rikkiä tuotettiin vitriolitehtaissa. Perinteen kunniaksi sulfaattihydraatteja kutsutaan edelleen vitrioliksi.
Hapon tuotanto on perustettu teollisessa mittakaavassa jaon noin 200 miljoonaa tonnia vuodessa. Sitä saadaan hapettamalla rikkidioksidia hapella tai typpidioksidilla veden läsnä ollessa tai antamalla rikkivedyn reagoida kuparin, hopean, lyijyn tai elohopeasulfaatin kanssa. Syntynyt tiivistetty aine on voimakas hapetin: se syrjäyttää halogeenit vastaavista hapoista, muuttaa hiiltä ja rikkiä happooksideiksi. Hydroksidi pelkistetään sitten rikkidioksidiksi, rikkivedyksi tai rikiksi. Laimealla hapolla ei yleensä ole hapettavia ominaisuuksia, ja se muodostaa keskimääräisiä ja happamia suoloja tai estereitä.
Aine voidaan havaita ja tunnistaa reaktiolla liukoisten bariumsuolojen kanssa, minkä seurauksena valkoinen sulfaattisakka saostuu.
Happoa käytetään edelleen malmien jalostuksessa, mineraalilannoitteiden, kemiallisten kuitujen, väriaineiden, savun ja räjähteiden valmistuksessa, eri teollisuudenaloilla, orgaanisessa synteesissä, elektrolyyttinä mineraalisuolojen saamiseksi.
Mutta käyttö on täynnä tiettyjä vaaroja. Syövyttävä aine aiheuttaa kemiallisia palovammoja joutuessaan kosketuksiin ihon tai limakalvojen kanssa. Hengitettynä ilmaantuu ensin yskä ja sen jälkeen kurkunpään, henkitorven ja keuhkoputkien tulehdukselliset sairaudet. Suurimman sallitun pitoisuuden 1 mg kuutiometriä kohti ylittäminen on tappavaa.
Voit kohdata rikkihappohöyryjä ei vain erikoistuneilla teollisuudenaloilla, vaan myös kaupungin ilmapiirissä. Tämä tapahtuu, kun kemiallinen ja metallurginenyritykset päästävät rikin oksideja, jotka sitten putoavat happosateina.
Kaikki nämä vaarat ovat johtaneet siihen, että yli 45 % massapitoisuutta sisältävän rikkihapon kierto on rajoitettua Venäjällä.
Rikkihappo
Н2SO3 - heikompi happo kuin rikkihappo. Sen kaava eroaa vain yhdellä happiatomilla, mutta tämä tekee siitä epävakaan. Sitä ei ole eristetty vapaana, se esiintyy vain laimeissa vesiliuoksissa. Ne voidaan tunnistaa erityisestä pistävästä hajusta, joka muistuttaa palanutta tulitikkua. Ja vahvistaa sulfiitti-ionin läsnäolo - reaktiolla kaliumpermanganaatin kanssa, minkä seurauksena punavioletti liuos muuttuu värittömäksi.
Aine voi eri olosuhteissa toimia pelkistimenä ja hapettimena, muodostaa happamia ja keskisuuria suoloja. Sitä käytetään elintarvikkeiden säilöntään, selluloosan saamiseksi puusta sekä villan, silkin ja muiden materiaalien hienovaraiseen valkaisuun.
Ortofosforihappo
H3PO4 on keskivahva happo, joka näyttää värittömiltä kiteiltä. Ortofosforihappoa kutsutaan myös näiden kiteiden 85-prosenttiseksi liuokseksi vedessä. Se näyttää hajuttom alta, siirappimaisesta nesteestä, joka on altis hypotermialle. Kuumentaminen yli 210 astetta saa sen muuttumaan pyrofosforihapoksi.
Fosforihappo liukenee hyvin veteen, neutraloituu emäksillä ja ammoniakkihydraatilla, reagoi metallien kanssa,muodostaa polymeeriyhdisteitä.
Voit saada ainetta eri tavoilla:
- punaisen fosforin liuottaminen veteen paineen alaisena, lämpötilassa 700-900 astetta, käyttäen platinaa, kuparia, titaania tai zirkoniumia;
- punaisen fosforin keittäminen väkevässä typpihapossa;
- lisäämällä kuumaa väkevää typpihappoa fosfiiniin;
- fosfiinihapen hapetus 150 asteessa;
- tetrafosforidekaoksidin altistaminen 0 asteen lämpötilalle, sitten sen asteittainen nostaminen 20 asteeseen ja tasainen siirtyminen kiehumiseen (vettä tarvitaan kaikissa vaiheissa);
- pentakloridin tai fosforitrikloridioksidin liuottaminen veteen.
Saadun tuotteen käyttö on laajaa. Sen avulla alennetaan pintajännitystä ja poistuvat oksidit juotettaviksi valmistettavilta pinnoilta, metallit puhdistetaan ruosteesta ja niiden pinnalle muodostuu suojakalvo, joka estää korroosion lisääntymisen. Lisäksi ortofosforihappoa käytetään teollisissa pakastimissa ja molekyylibiologian tutkimuksessa.
Seos on myös osa ilmailun hydraulinesteitä, elintarvikelisäaineita ja happamuudensäätöaineita. Sitä käytetään karjankasvatuksessa minkin virtsaputken kivitaudin ehkäisyyn ja hammaslääketieteessä täyttöä edeltäviin manipulaatioihin.
Pyrofosforihappo
H4R2O7 - happo, joka on luonnehdittu vahvaksi ensimmäisessä vaiheessa ja heikko muissa. Hän sulaa ilmanhajoamista, koska tämä prosessi vaatii kuumentamista tyhjiössä tai vahvojen happojen läsnäoloa. Se neutraloituu alkalien vaikutuksesta ja reagoi vetyperoksidin kanssa. Hanki se jollakin seuraavista tavoista:
- hajotetaan tetrafosforidekaoksidia vedessä nollalämpötilassa ja lämmitetään sitten 20 asteeseen;
- kuumentamalla fosforihappoa 150 asteeseen;
- väkevän fosforihapon reaktio tetrafosforidekaoksidin kanssa 80-100 asteessa.
Käytetään pääasiassa lannoitteiden tuotannossa.
Näiden lisäksi on monia muita happamien hydroksidien edustajia. Jokaisella niistä on omat ominaisuutensa ja ominaisuutensa, mutta yleensä oksidien ja hydroksidien happamat ominaisuudet ovat niiden kyky erottaa vetyä, hajota, olla vuorovaikutuksessa alkalien, suolojen ja metallien kanssa.
