Substanțe anorganice – baze (hidroxizi)

Se studiază bazele anorganice, proprietățile lor chimice generale și metodele de obținere.

Ce sunt bazele și cum se scriu formulele lor

Bazele (hidroxizii) sunt substanțe compuse formate dintr-un ion metalic și una sau mai multe grupări hidroxid, OH. Formula generală este M(OH)n, unde n este egal cu valența metalului.

De aici rezultă metoda de scriere a formulei, care se cere la fiecare test. Gruparea OH are întotdeauna valența 1, deci numărul de grupări OH este exact valența metalului:

• sodiu, valența 1: NaOH
• potasiu, valența 1: KOH
• calciu, valența 2: Ca(OH)2
• magneziu, valența 2: Mg(OH)2
• aluminiu, valența 3: Al(OH)3
• fier (III), valența 3: Fe(OH)3

Atenție la paranteze: se pun în jurul grupării OH ori de câte ori sunt mai multe de una. Ca(OH)2 înseamnă un atom de calciu, doi de oxigen și doi de hidrogen. Scrierea CaOH2 este greșită și se penalizează, pentru că ar însemna cu totul altceva.

Denumirea se face cu formula hidroxid de urmat de numele metalului, iar dacă metalul are mai multe valențe, aceasta se scrie cu cifre romane între paranteze: hidroxid de fier (II) pentru Fe(OH)2, hidroxid de fier (III) pentru Fe(OH)3.

Ce le face pe baze să fie baze: în apă, hidroxizii solubili disociază și pun în libertate ioni hidroxid, OH−. Aceștia sunt responsabili pentru toate proprietățile comune ale bazelor. NaOH → Na+ + OH−. Cu cât o soluție are mai mulți ioni OH−, cu atât este mai bazică (alcalină).

Clasificarea și proprietățile fizice

Cea mai utilă clasificare în clasa a VII-a este după solubilitatea în apă, pentru că ea decide ce reacții pot fi scrise.

Baze solubile (alcalii) — hidroxizii metalelor alcaline și, parțial, ai celor alcalino-pământoase:

• NaOH, KOH — foarte solubile
• Ca(OH)2 — puțin solubilă; soluția ei limpede se numește apă de var, iar suspensia albă se numește lapte de var
• Ba(OH)2 — solubilă

Baze insolubile — hidroxizii celorlalte metale:

• Cu(OH)2 — precipitat albastru
• Fe(OH)3 — precipitat roșu-brun
• Fe(OH)2 — precipitat verzui
• Al(OH)3, Mg(OH)2 — precipitate albe, gelatinoase

Culorile precipitatelor se cer explicit la itemii de identificare, așa că merită memorate.

Proprietăți fizice comune: bazele sunt solide la temperatura camerei, cele solubile fiind albe; au gust leșietic (nu se gustă niciodată în laborator, este doar o descriere), iar la pipăit soluțiile lor sunt alunecoase, ca săpunul.

Acțiunea asupra indicatorilor — cel mai important test de recunoaștere:

• turnesolul devine albastru
• fenolftaleina devine roșu-carmin (roz-violet)
• metiloranjul devine galben

Aceste culori sunt exact inverse față de cele date de acizi, iar la teste se cere frecvent doar culoarea, deci confuzia costă direct punctajul.

O precizare importantă de siguranță: NaOH și KOH sunt puternic caustice — atacă pielea, țesăturile și ochii. Se manipulează cu mănuși și ochelari de protecție, iar la dizolvarea în apă degajă multă căldură.

Reacția cu acizii: neutralizarea

Reacția fundamentală a bazelor este cea cu acizii, numită reacție de neutralizare. Schema generală:

bază + acid → sare + apă

Exemple care trebuie știute scrise corect și egalizate:

• NaOH + HCl → NaCl + H2O
• 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
• Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O
• 3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
• Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O

Se numește neutralizare pentru că ionii OH− proveniți din bază se combină cu ionii H+ proveniți din acid și formează apă, o substanță neutră: H+ + OH− → H2O. Când cantitățile sunt exact potrivite, soluția rezultată nu mai este nici acidă, nici bazică.

Metoda de egalizare pe care merită să o folosești: numeri câți ioni H+ poate ceda acidul (1 la HCl, 2 la H2SO4, 3 la H3PO4) și câte grupări OH are baza. Coeficienții se aleg astfel încât numărul de H+ să fie egal cu numărul de OH−, pentru că fiecare pereche dă o moleculă de apă.

Un detaliu care se cere des la itemii aplicativi: neutralizarea este o reacție exotermă — amestecul se încălzește. De asemenea, dacă folosești fenolftaleină, poți urmări reacția: soluția bazică este roșu-carmin și se decolorează exact când baza a fost consumată. Acesta este principiul titrării, pe care îl vei aprofunda la liceu.

Aplicații din viața de zi cu zi: antiacidele din farmacie conțin Mg(OH)2 sau Al(OH)3 și neutralizează excesul de HCl din stomac; varul se împrăștie pe solurile acide ca să le corecteze aciditatea.

Celelalte reacții ale bazelor

Pe lângă neutralizare, bazele au încă trei comportamente cerute în programă.

1. Reacția cu oxizii acizi — dă sare și apă:

• 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
• Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O — reacția de identificare a CO2, în care apa de var se tulbură
• 2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O

Este util să vezi această reacție ca pe o neutralizare „ascunsă”: oxidul acid este un acid căruia i s-a scos apa, deci reacționează cu baza la fel ca acidul.

2. Reacția cu sărurile — are loc doar dacă se formează un precipitat sau un gaz. Este o reacție de schimb:

• CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (precipitat albastru)
• FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl (precipitat roșu-brun)

Aceste două reacții sunt și metoda standard de obținere a bazelor insolubile, și metoda de identificare a ionilor de cupru sau de fier dintr-o soluție.

3. Descompunerea termică — doar bazele insolubile se descompun la încălzire, dând oxidul metalic și apă:

• Cu(OH)2 → CuO + H2O (albastrul se transformă în negru)
• 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

Bazele solubile, NaOH și KOH, nu se descompun la încălzirea obișnuită — sunt stabile termic. Este exact simetricul situației de la oxizi: oxizii metalelor active reacționează cu apa, hidroxizii metalelor active nu se descompun.

Ce nu face o bază: nu reacționează cu alte baze și nu reacționează cu oxizii bazici. Regula rămâne aceeași — bazicul reacționează doar cu acidul.

Obținerea bazelor și baze importante

Metode de obținere, alese după cum baza este solubilă sau nu — aceasta este cheia întregii secțiuni.

Pentru bazele solubile:

• oxid bazic + apă: Na2O + H2O → 2NaOH; CaO + H2O → Ca(OH)2
• metal activ + apă: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ (reacție violentă, cu degajare de hidrogen); Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑
• industrial, NaOH se obține prin electroliza soluției de NaCl

Pentru bazele insolubile — nu se pot obține din oxid și apă, pentru că oxizii lor nu reacționează cu apa. Singura cale este reacția dintre o sare solubilă a metalului și o bază solubilă:

• CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
• MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaCl

Aceasta este exact greșeala pe care o sancționează profesorii: nu poți scrie CuO + H2O → Cu(OH)2.

Bazele importante și utilizările lor:

• NaOH (hidroxid de sodiu, sodă caustică, leșie) — solid alb, higroscopic, foarte caustic. Se folosește la fabricarea săpunului, a hârtiei, la degresarea instalațiilor și în produsele de desfundat țevi.
• KOH (hidroxid de potasiu) — asemănător cu NaOH; se folosește la săpunuri moi și în bateriile alcaline.
• Ca(OH)2 (hidroxid de calciu, var stins) — la prepararea mortarului în construcții, la văruit, la corectarea acidității solurilor și în tratarea apei. Mortarul se întărește tocmai prin reacția cu CO2 din aer, care formează CaCO3, dur.
• Mg(OH)2 și Al(OH)3 — în medicină, ca antiacide gastrice.

Legătura de reținut între capitole: oxid bazic → bază → sare este drumul standard pe care îl parcurge un metal, iar exercițiile cu șiruri de transformări îl urmează aproape întotdeauna.

Test — 6 întrebări ca la examen