ХИДРОКСИДИ: СВОЙСТВА, НОМЕНКЛАТУРА И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На хидроокиси са неорганични и трикомпонентни съединения, състоящи се от взаимодействието между метален катион и ОН функционална група (хидроксид анион, ОН ^-). Повечето от тях имат йонно естество, въпреки че могат да имат и ковалентни връзки.

Например, хидроксидът може да бъде представен като електростатично взаимодействие между М ⁺ катиона и ОН ^- аниона, или като ковалентна връзка чрез М-ОН връзка (долно изображение). В първия се появява йонната връзка, докато във втората - ковалентната. Този факт зависи основно от метала или катиона М ⁺, както и от неговия заряд и йонния радиус.

Източник: Габриел Боливар

Тъй като повечето от тях произхождат от метали, е равнозначно да ги наричаме метални хидроксиди.

Как се формират?

Има два основни синтетични пътя: чрез взаимодействие на съответния оксид с вода или със силна основа в кисела среда:

Mo + H ₂ O => М (ОН) ₂

MO + H ⁺ + OH ^- => M (OH) ₂

Само тези метални оксиди, разтворими във вода, реагират директно, за да образуват хидроксида (първо химично уравнение). Други са неразтворими и изискват кисели видове да освободят М ⁺, който след това взаимодейства с ОН ^- от силни основи (второ химично уравнение).

Тези силни основи обаче са метални хидроксиди NaOH, KOH и други от групата на алкални метали (LiOH, RbOH, CsOH). Това са йонни съединения, силно разтворими във вода, следователно техните ОН ^- са свободни да участват в химични реакции.

От друга страна, има метални хидроксиди, които са неразтворими и следователно са много слаби основи. Някои от тях са дори кисели, какъвто е случаят с телуровата киселина, Te (OH) ₆.

Хидроксидът установява баланс на разтворимост със заобикалящия разтворител. Ако например е вода, тогава равновесието се изразява по следния начин:

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Където (ac) означава, че средата е водна. Когато твърдото вещество е неразтворимо, концентрацията на разтворения ОН е малка или незначителна. Поради тази причина неразтворимите метални хидроксиди не могат да генерират разтвори като основни като NaOH.

От горното може да се заключи, че хидроксидите проявяват много различни свойства, свързани с химическата структура и взаимодействията между метала и ОН. Така, въпреки че много от тях са йонни, с разнообразни кристални структури, други имат сложни и неупотребявани полимерни структури.

Свойства на хидроксидите

OH анион

Хидроксилният йон е кислороден атом, ковалентно свързан с водород. По този начин това лесно може да бъде представено като OH ^-. Отрицателният заряд е разположен върху кислорода, което прави този анион вид донор на електрон: основа.

Ако ОН ^- дарява неговите електрони водород, молекула на Н ₂ е оформен О Тя може да дари неговите електрони положително заредени видове: като М. ⁺ Металните центрове. По този начин, чрез дативната връзка M - OH се образува координационен комплекс (кислородът осигурява двойката електрони).

Въпреки това, за да се случи това, кислородът трябва да е в състояние да координира ефективно с метала, в противен случай взаимодействията между М и ОН ще имат силен йонен характер (M ⁺ OH ^-). Тъй като хидроксилният йон е еднакъв във всички хидроксиди, разликата между всички тях се крие в катиона, който го придружава.

Освен това, тъй като този катион може да идва от всеки метал в периодичната таблица (групи 1, 2, 13, 14, 15, 16 или преходните метали), свойствата на такива хидроксиди се различават значително, въпреки че всички те обмислят общи аспекти.

Йонен и основен характер

В хидроксидите, въпреки че имат координационни връзки, те имат латентен йонен характер. В някои, като NaOH, техните йони са част от кристална решетка, съставена от Na ⁺ катиони и OH ^- аниони в пропорции 1: 1; тоест, за всеки Na ⁺ йон има аналог OH ^- йон.

В зависимост от заряда на метала, около него ще има повече или по-малко OH ^- аниони. Например, за метален катион M ²⁺ ще има два OH ^- йона, взаимодействащи с него: M (OH) ₂, който е очертан като HO ^- M ²⁺ OH ^-. Същото се случва с металите M ³⁺ и с други с по-положителни заряди (въпреки че те рядко надвишават 3+).

Този йонски характер е отговорен за много от физическите свойства, като топене и температура на кипене. Те са високи, отразявайки електростатичните сили при работа в кристалната решетка. Също така, когато хидроксидите се разтварят или стопят, те могат да провеждат електрически ток поради подвижността на техните йони.

Не всички хидроксиди обаче имат еднакви кристални решетки. Тези, които имат най-стабилни, ще бъдат по-малко вероятно да се разтворят в полярни разтворители като вода. Като общо правило, колкото по-разграничени са йонните радиуси на M ⁺ и OH ^- толкова по-разтворими ще бъдат те.

Периодична тенденция

Горното обяснява защо разтворимостта на хидроксидите на алкални метали се увеличава, когато човек се спуска през групата. По този начин, увеличаващият се ред на разтворимости във вода за тях е следният: LiOH

ОН ^- е малък анион и тъй като катионът става по-обемен, кристалната решетка енергийно отслабва.

От друга страна, алкалоземните метали образуват по-малко разтворими хидроксиди поради по-високите си положителни заряди. Това е така, защото M ²⁺ привлича OH ^- по-силно от M ⁺. По същия начин неговите катиони са по-малки и следователно по-малко неравномерни по отношение на OH ^-.

Резултатът от това е експериментално доказателство, че NaOH е много по-основен от Ca (OH) ₂. Същото разсъждение може да се приложи и за други хидроксиди, или за тези на преходните метали, или за тези на p-блокните метали (Al, Pb, Te и др.).

Също така, колкото по-малък и по-голям е йонният радиус и положителният заряд на М ⁺, толкова по-нисък е йонният характер на хидроксида, с други думи, тези с много висока плътност на заряда. Пример за това е с берилиев хидроксид, Be (OH) ₂. Be ²⁺ е много малък катион и двувалентният му заряд го прави електрически много плътен.

Amphotericism

М (ОН) ₂ хидроксиди реагират с киселини, за да образуват воден комплекс, тоест М ⁺ завършва, заобиколен от водни молекули. Съществуват обаче ограничен брой хидроксиди, които също могат да реагират с бази. Това са тези, които са известни като амфотерни хидроксиди.

Амфотерните хидроксиди реагират както с киселини, така и с основи. Втората ситуация може да бъде представена със следното химическо уравнение:

М (ОН) ₂ + ОН ^- => М (ОН) ₃ ^-

Но как да се определи дали един хидроксид е амфотеричен? Чрез обикновен лабораторен експеримент. Тъй като много метални хидроксиди са неразтворими във вода, добавянето на силна основа към разтвор с разтворени М ⁺ йони, например Al ³⁺, ще утаи съответния хидроксид:

Al ³⁺ (aq) + 3OH ^- (aq) => Al (OH) ₃ (s)

Но с излишък на ОН ^- хидроксидът продължава да реагира:

Al (OH) ₃ (s) + OH ^- => Al (OH) ₄ ^- (aq)

В резултат на това новият отрицателно зареден комплекс се разтваря от околните водни молекули, като се разтваря бялото твърдо вещество от алуминиев хидроксид. Тези хидроксиди, които остават непроменени с добавянето на допълнителна база, не се държат като киселини и следователно не са амфотерни.

структури

Хидроксидите могат да имат кристални структури, подобни на тези на много соли или оксиди; някои прости, а други много сложни. Освен това тези, при които има намаляване на йонния характер, могат да имат метални центрове, свързани с кислородни мостове (HOM - O - MOH).

В решение структурите са различни. Въпреки че за силно разтворимите хидроксиди е достатъчно да се считат за йони, разтворени във вода, за други е необходимо да се вземе предвид координационната химия.

По този начин всеки М ⁺ катион може да се координира с ограничен брой видове. Колкото по-обемно е, толкова по-голям е броят на молекулите вода или ОН ^- свързани с него. Това е източникът на известния координационен октаедър от много метали, разтворени във вода (или всеки друг разтворител): M (OH ₂) ₆ ^{+ n}, където n е равно на положителния заряд на метала.

Cr (OH) ₃, например, всъщност образува октаедър. Как? Като се има предвид съединението, от което три от водните молекули са заменени с OH ^- аниони. Ако всички молекули бяха заменени с OH ^-, тогава ^{ще се получи} комплексът с отрицателен заряд и октаедрична структура ³. Зарядът -3 е резултат от шестте отрицателни заряда на OH ^-.

Реакция на дехидратация

Хидроксидите могат да се считат за "хидратирани оксиди". Въпреки това, в тях "водата" е в пряк контакт с M ⁺; докато в MO · пН ₂ О хидратирани окиси, водните молекули са част от външната област на координация (те не са в близост до метал).

Тези водни молекули могат да бъдат извлечени чрез загряване на проба от хидроксид:

М (ОН) ₂ + Q (топлина) => MO + H ₂ O

MO е металния оксид, образуван в резултат на дехидратацията на хидроксида. Пример за тази реакция е тази, наблюдавана при дехидратиране на куприков хидроксид Cu (OH) ₂:

Cu (OH) ₂ (синьо) + Q => CuO (черен) + H ₂ O

номенклатура

Какъв е правилният начин да споменем хидроксидите? За тази цел IUPAC предложи три номенклатури: традиционната, запасната и систематичната. Правилно е да се използва който и да е от трите, обаче, за някои хидроксиди може да е по-удобно или практично да се споменава по един или друг начин.

традиционен

Традиционната номенклатура е просто да се добави наставката –ico към най-високата валентност на метала; и наставката - също до най-ниската. Така например, ако металът M има валентности +3 и +1, хидроксидът M (OH) ₃ ще се нарече хидроксид (метално име) ico, докато MOH хидроксид (име на метал) носят.

За да определите валентността на метала в хидроксида, просто погледнете числото след OH, затворено в скоби. По този начин, M (OH) ₅ означава, че металът има заряд или валентност от +5.

Основният недостатък на тази номенклатура обаче е, че металите с повече от две окислителни състояния (като хром и манган) могат да бъдат трудни. За такива случаи префиксите хипер- и хипо- се използват за означаване на най-високата и най-ниската валентност.

По този начин, ако М вместо да има само валентности +3 и +1, той също има +4 и +2, тогава имената на неговите хидроксиди с най-висока и най-ниска валентност са: хипер хидроксид (име на метал) ico и хипо хидроксид (метално име) мечка.

Наличност

От всички номенклатури това е най-простото. Тук името на хидроксида е просто последвано от валентността на метала, затворен в скоби и написано с римски цифри. Отново за M (OH) ₅, например, вашата номенклатура на акциите ще бъде: (име на метал) (V) хидроксид. (V) тогава означава (+5).

систематичен

И накрая, систематичната номенклатура се характеризира с прибягване до умножаване на префикси (di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- и т.н.). Тези префикси се използват за определяне както на броя на металните атоми, така и на OH ^- йони. По този начин M (OH) ₅ е наречен като: (метално име) пентахидроксид.

В случая на Hg ₂ (OH) ₂, това би бил димерен дихидроксид; един от хидроксидите, чиято химична структура е сложна на пръв поглед.

Примери за хидроксиди

Някои примери за хидроксиди и съответните им номенклатури са, както следва:

-NaOH (натриев хидроксид)

Поява на натриев хидроксид

-Ca (OH) 2 (калциев хидроксид)

Поява на калциев хидроксид в твърдо състояние

-Fe (OH) _{3. (} железен хидроксид; железен (III) хидроксид; или железен трихидроксид)

-V (OH) _{5 (} перванадов хидроксид; ванадиев (V) хидроксид; или ванадиев пентахидроксид).

-Sn (OH) _{4 (} станинов хидроксид; калаен (IV) хидроксид; или калаен тетрахидроксид).

-Ba (OH) ₂ (бариев хидроксид или бариев дихидроксид).

-Mn (OH) _{6 (} манганов хидроксид, манганов (VI) хидроксид или манганов хексахидроксид).

-AgOH (Сребърен хидроксид, сребърен хидроксид или сребърен хидроксид). Обърнете внимание, че за това съединение няма разлика между акциите и систематичните номенклатури.

-Pb (OH) _{4 (} оловен хидроксид, оловен (IV) хидроксид или оловен тетрахидроксид).

-LiOP (литиев хидроксид).

-Cd (OH) 2 (кадмиев хидроксид)

-Ba (OH) _{2 (} бариев хидроксид)

- Хромен хидроксид

Препратки

1. Химия LibreTexts. Разтворимост на метални хидроксиди. Взета от: chem.libretexts.org
2. Clackamas Community College. (2011 г.). Урок 6: Номенклатура на киселини, основи и соли. Взето от: dl.clackamas.edu
3. Сложни йони и амфотеризъм., Взета от: oneonta.edu
4. Fullchemistry. (14 януари 2013 г.). Метални хидроксиди. Взета от: quimica2013.wordpress.com
5. Енциклопедия на примери (2017). Хидроксиди Възстановено от: example.co
6. Castaños E. (9 август 2016 г.). Състав и номенклатура: хидроксиди. Взета от: lidiaconlaquimica.wordpress.com