ГІДРОКСИДИ: ВЛАСТИВОСТІ, НОМЕНКЛАТУРА ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці гідроксиди є неорганічними і потрійними сполуками , що складаються з взаємодії катіона металу і функціональної групи ОН (гідроксид аніону, ОН ^- ). Більшість з них мають іонний характер, хоча вони також можуть мати ковалентні зв’язки.

Наприклад, гідроксид може бути представлений як електростатична взаємодія між катіоном М ⁺ та ОН ^- аніоном , або як ковалентний зв'язок через зв'язок М-ОН (нижнє зображення). У першому відбувається іонний зв’язок, а в другому - ковалентний. Цей факт суттєво залежить від металу або катіона М ⁺ , а також від його заряду та іонного радіусу.

Джерело: Габріель Болівар

Оскільки більшість з них походить з металів, їх рівнозначно називати гідроксидами металів.

Як вони утворюються?

Є два основні синтетичні шляхи: реакція відповідного оксиду з водою або з сильною основою в кислому середовищі:

MO + H ₂ O => M (OH) ₂

МО + Н ⁺ + ОН ^- => М (ОН) ₂

Тільки ті оксиди металів, розчинні у воді, реагують безпосередньо з утворенням гідроксиду (перше хімічне рівняння). Інші нерозчинні і потребують кислих видів, щоб вивільнити М ⁺ , який потім взаємодіє з ОН ^- із сильних основ (друге хімічне рівняння).

Однак ці міцні основи - це гідроксиди металів NaOH, KOH та інші з групи лужних металів (LiOH, RbOH, CsOH). Це іонні сполуки, добре розчинні у воді, тому їх ОН ^- вільні брати участь у хімічних реакціях.

З іншого боку, існують нерозчинні металеві гідроксиди і, отже, дуже слабкі основи. Деякі з них навіть кислі, як це стосується телуринової кислоти, Te (OH) ₆ .

Гідроксид встановлює баланс розчинності з навколишнім розчинником. Наприклад, якщо це вода, то рівновага виражається так:

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ (aq) + OH ^- (aq)

Де (ac) означає, що середовище є водною. Коли тверда речовина є нерозчинною, концентрація розчиненого ОН невелика або незначна. З цієї причини нерозчинні гідроксиди металів не можуть генерувати розчини, такі як основні, як NaOH.

З вищесказаного можна зробити висновок, що гідроксиди мають дуже різні властивості, пов'язані з хімічною структурою та взаємодією між металом та ОН. Таким чином, хоча багато хто є іонними, з різноманітними кристалічними структурами, інші мають складні і невпорядковані полімерні структури.

Властивості гідроксидів

ОН аніон

Гідроксильний іон - це атом кисню, ковалентно пов'язаний з воднем. Таким чином, це легко представити як ОН ^- . Негативний заряд розташований на кисні, що робить цей аніон видом донора електронів: основою.

Якщо ОН ^- дарує свої електрони водню, утворюється молекула Н ₂ О. Вона також може дарувати свої електрони позитивно зарядженим видам: наприклад, металевим центрам М ⁺ . Таким чином, через дативну зв'язок М - ОН утворюється координаційний комплекс (кисень забезпечує пару електронів).

Однак для того, щоб це сталося, кисень повинен бути здатний ефективно координувати з металом, інакше взаємодія між М і ОН матиме сильний іонний характер (М ⁺ ОН ^- ). Оскільки гідроксильний іон однаковий у всіх гідроксидах, то різниця між усіма ними полягає в катіоні, який його супроводжує.

Крім того, оскільки цей катіон може надходити з будь-якого металу періодичної таблиці (групи 1, 2, 13, 14, 15, 16 або перехідних металів), властивості таких гідроксидів сильно різняться, хоча всі вони передбачають загальні деякі аспекти.

Іонний та основний характер

У гідроксидах, хоча вони мають координаційні зв’язки, вони мають прихований іонний характер. У деяких, таких як NaOH, їхні іони є частиною кристалічної решітки, що складається з катіонів Na ⁺ та OH ^- аніонів у пропорціях 1: 1; тобто для кожного іона Na ⁺ є аналог OH ^- іона .

Залежно від заряду на металі, навколо нього будуть більш-менш ОН ^- аніони . Наприклад, для катіона металу М ²⁺ будуть два ОН ^- іони , які взаємодіють з ним: M (OH) ₂ , який , як зазначено HO ^- М ²⁺ ОН ^- . Те ж саме відбувається з металами М ³⁺ і з іншими з більш позитивними зарядами (хоча вони рідко перевищують 3+).

Цей іонний характер є причиною багатьох фізичних властивостей, таких як температури плавлення і кипіння. Вони високі, що відображають електростатичні сили при роботі всередині кристалічної решітки. Також, коли гідроксиди розчиняються або плавляться, вони можуть проводити електричний струм через рухливість своїх іонів.

Однак не всі гідроксиди мають однакові кристалічні решітки. Ті, у кого найбільш стабільні, вони рідше розчиняться в полярних розчинниках, як вода. Як правило, чим більше розрізнені іонні радіуси M ⁺ та OH ^- , тим вони більш розчинні.

Періодична тенденція

Сказане пояснює, чому розчинність гідроксидів лужних металів збільшується в міру спуску через групу. Таким чином, зростаючий порядок розчинності у воді для них такий: LiOH

ОН ^- це невеликий аніон, і оскільки катіон стає більш об'ємним, кристалічна решітка енергетично слабшає.

З іншого боку, лужноземельні метали утворюють менш розчинні гідроксиди через більш високі позитивні заряди. Це тому, що M ²⁺ притягує OH ^- сильніше, ніж M ⁺ . Крім того, його катіони є меншими, а тому менш неоднаковими за розмірами щодо OH ^- .

Результатом цього є експериментальне підтвердження того, що NaOH набагато основніший, ніж Са (ОН) ₂ . Це ж міркування можна застосувати і для інших гідроксидів, як для перехідних металів, так і для тих, що мають п-блочні метали (Al, Pb, Te тощо).

Крім того, чим менший і більший іонний радіус і позитивний заряд М ⁺ , тим нижчий іонний характер гідроксиду, іншими словами, ті, що мають дуже високу щільність заряду. Прикладом цього є гідроксид берилію, Be (OH) ₂ . Be ²⁺ - це дуже малий катіон, і його двовалентний заряд робить його електрично дуже щільним.

Амфотеризм

Гідроксиди M (OH) ₂ реагують з кислотами, утворюючи водний комплекс, тобто M ⁺ закінчується в оточенні молекул води. Однак існує обмежена кількість гідроксидів, які також можуть вступати в реакцію з основами. Це ті, що відомі як амфотерні гідроксиди.

Амфотерні гідроксиди реагують як з кислотами, так і з основами. Друга ситуація може бути представлена ​​наступним хімічним рівнянням:

M (OH) ₂ + OH ^- => M (OH) ₃ ^-

Але як визначити, чи є гідроксид амфотерним? За допомогою простого лабораторного експерименту. Оскільки багато гідроксидів металів нерозчинні у воді, додавання міцного підстави до розчину з розчиненими іонами М ⁺ , наприклад, Al ³⁺ , осадить відповідний гідроксид:

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

Але при надлишку ОН ^- гідроксид продовжує реагувати:

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

В результаті новий негативно заряджений комплекс сольватується довколишніми молекулами води, розчиняючи білу тверду речовину гідроксиду алюмінію. Ті гідроксиди, які залишаються незмінними при додаванні додаткової основи, не поводяться як кислоти і, отже, не є амфотерними.

Структури

Гідроксиди можуть мати кристалічні структури, подібні структурам багатьох солей або оксидів; одні прості, а інші дуже складні. Крім того, ті, де спостерігається зниження іонного характеру, можуть мати металеві центри, пов'язані кисневими мостами (HOM - O - MOH).

У рішенні структури бувають різні. Хоча для високорозчинних гідроксидів достатньо розглядати їх як іони, розчинені у воді, для інших необхідно враховувати координаційну хімію.

Таким чином, кожен катіон М ⁺ може узгоджуватися з обмеженою кількістю видів. Чим вона об’ємніше, тим більша кількість молекул води чи ОН ^- прив’язаних до неї. Це джерело знаменитого координаційного октаедра багатьох металів, розчинених у воді (або будь-якому іншому розчиннику): M (OH ₂ ) ₆ ^{+ n} , де n дорівнює позитивному заряду металу.

Наприклад, Cr (OH) ₃ , фактично, утворює октаедр. Як? Вважаючи сполуку такою, з якої три молекули води заміщені ОН ^- аніонами . Якби всі молекули були замінені OH ^- , тоді вийшов би комплекс з негативним зарядом та октаедричною структурою ³ . Заряд -3 - результат шести негативних зарядів ОН ^- .

Реакція зневоднення

Гідроксиди можна розглядати як "гідратні оксиди". Однак у них "вода" знаходиться в прямому контакті з М ⁺ ; тоді як у гідратних оксидах MO · nH ₂ O молекули води є частиною зовнішньої координаційної сфери (вони не близькі до металу).

Ці молекули води можуть бути вилучені нагріванням зразка гідроксиду:

M (OH) ₂ + Q (тепло) => MO + H ₂ O

МО - оксид металу, що утворюється в результаті зневоднення гідроксиду. Прикладом цієї реакції є така реакція, яка спостерігається, коли гідроксид кубору, Cu (OH) _2, зневоднюється :

Cu (OH) ₂ (синій) + Q => CuO (чорний) + H ₂ O

Номенклатура

Який правильний спосіб згадати гідроксиди? З цією метою IUPAC запропонував три номенклатури: традиційну, акційну та систематичну. Правильно використовувати будь-який із цих трьох, однак, для деяких гідроксидів може бути зручніше чи практичніше згадувати його так чи інакше.

Традиційні

Традиційна номенклатура - просто додати суфікс –ico до найбільшої валентності металу; а суфікс - також до найнижчого. Так, наприклад, якщо метал M має валентності +3 і +1, гідроксид M (OH) ₃ буде називатися гідроксидом (назва металу) ico , тоді як гідроксид МОГ (назва металу) несе .

Щоб визначити валентність металу в гідроксиді, просто подивіться на кількість після ОН, що міститься в дужках. Таким чином, M (OH) ₅ означає, що метал має заряд або валентність +5.

Основним недоліком цієї номенклатури є те, що метали можуть бути важкими для більш ніж двох станів окислення (таких як хром і марганець). У таких випадках префікси гіпер- та гіпо- використовуються для позначення найвищої та найнижчої валентностей.

Таким чином, якщо M замість лише валентностей +3 і +1 має також +4 та +2, то назви його гідроксидів з більш високою та нижньою валентностями: гіпергідроксид (назва металу) ico та гіпоксид ( металеве ім’я) ведмідь .

Запас

З усіх номенклатур ця найпростіша. Тут назву гідроксиду просто супроводжує валентність металу, що міститься в дужках, і написана римськими цифрами. Знову ж таки для M (OH) ₅ , наприклад, ваша номенклатура запасів буде: (назва металу) (V) гідроксид. (V) тоді позначає (+5).

Систематичність

Нарешті, систематична номенклатура характеризується вдачею до множення префіксів (di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- та ін.). Ці префікси використовуються для визначення кількості атомів металу та ОН ^- іонів . Таким чином, M (OH) ₅ називається: (назва металу) пентагідроксид.

У випадку Hg ₂ (OH) ₂ , наприклад, це би димерксид димерсулу; один із гідроксидів, хімічна структура якого на перший погляд є складною.

Приклади гідроксидів

Деякі приклади гідроксидів та відповідних їм номенклатур:

-NaOH (гідроксид натрію)

Поява гідроксиду натрію

-Ca (OH) 2 (гідроксид кальцію)

Поява гідроксиду кальцію в твердому стані

-Fe (OH) _{3. (} гідроксид заліза; гідроксид заліза (III); або тригідроксид заліза)

-V (OH) _{5 (} перванадовий гідроксид; ванадій (V) гідроксид; або пентагідроксид ванадію).

-Sn (OH) _{4 (} гідроксид станіну ; олово (IV) гідроксид; тетрагідроксид олова).

-Ba (OH) ₂ (гідроксид барію або дигідроксид барію).

-Mn (OH) _{6 (} гідроксид марганцю, марганець (VI) або гексагідроксид марганцю).

-AgOH (гідроксид срібла, гідроксид срібла або гідроксид срібла). Зауважте, що для цієї сполуки немає відмінності між фондовою та систематичною номенклатурами.

-Pb (OH) _{4 (} гідроксид свинцю, свинцевий (IV) гідроксид або тетрагідроксид свинцю).

-LiOP (гідроксид літію).

-Cd (OH) 2 (гідроксид кадмію)

-Ba (OH) _{2 (} гідроксид барію)

- гідроксид хрому

Список літератури

1. Хімія LibreTexts. Розчинність гідроксидів металів. Взято з: chem.libretexts.org
2. Клакамаський коледж громади. (2011 р.). Урок 6: Номенклатура кислот, основ та солей. Взято з: dl.clackamas.edu
3. Складні іони та амфотеризм. . Взято з: oneonta.edu
4. Повна хімія. (14 січня 2013 р.). Гідроксиди металів. Взято з: quimica2013.wordpress.com
5. Енциклопедія прикладів (2017). Гідроксиди Відновлено з: example.co
6. Кастаньо Е. (9 серпня 2016 р.). Рецептура та номенклатура: гідроксиди. Взято з: lidiaconlaquimica.wordpress.com