Baze (Hidroxizi)

Studiul bazelor, al proprietăților lor chimice și al reacțiilor caracteristice.

Ce sunt bazele și cum se clasifică

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

Grupa OH este monovalentă și se comportă ca un bloc unic: nu se rupe la scrierea formulei. De aceea, la un metal trivalent ca aluminiul, formula este Al(OH)3, cu paranteză, nu AlOH3. Paranteza nu este decorativă – fără ea, indicele 3 s-ar referi doar la hidrogen și formula ar fi greșită.

Clasificarea cerută la Evaluarea Națională se face după solubilitatea în apă:

• baze solubile (alcalii) – hidroxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. Acestea disociază în apă și dau soluții cu proprietăți bazice clare.
• baze insolubile – hidroxizii celorlalte metale: Cu(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Al(OH)3, Zn(OH)2. Ele apar de obicei ca precipitate colorate în reacții.

O a doua clasificare, după numărul de grupe OH: baze monobazice (NaOH, KOH), dibazice (Ca(OH)2, Cu(OH)2), tribazice (Al(OH)3, Fe(OH)3).

În soluție apoasă, bazele solubile disociază și eliberează ionul care le dă toate proprietățile: ionul hidroxid, HO-. Exemplu: NaOH → Na+ + HO-. Reține că proprietățile bazice nu vin de la metal, ci de la ionul hidroxid – de aceea toate bazele solubile se comportă la fel cu indicatorii, indiferent de metal.

Nomenclatura bazelor

Denumirea unei baze se construiește după schema hidroxid de + numele metalului:

• NaOH – hidroxid de sodiu;
• KOH – hidroxid de potasiu;
• Ca(OH)2 – hidroxid de calciu;
• Ba(OH)2 – hidroxid de bariu;
• Zn(OH)2 – hidroxid de zinc;
• Al(OH)3 – hidroxid de aluminiu.

Dacă metalul are mai multe valențe, valența se precizează cu cifre romane, în paranteză:

• Fe(OH)2 – hidroxid de fier(II), precipitat verzui;
• Fe(OH)3 – hidroxid de fier(III), precipitat brun-roșcat;
• Cu(OH)2 – hidroxid de cupru(II), precipitat albastru.

Drumul de la nume la formulă se face direct din valență: hidroxidul de fier(III) are metalul trivalent, deci trebuie trei grupe OH, iar formula este Fe(OH)3.

Multe baze au și denumiri uzuale, folosite în viața de zi cu zi și în subiectele de examen:

• NaOH – sodă caustică;
• KOH – potasă caustică;
• Ca(OH)2 – var stins, iar soluția lui limpede se numește apă de var;
• NH3 în apă – amoniac, soluție cunoscută ca hidroxid de amoniu, NH4OH.

Atenție la o confuzie foarte răspândită: soda caustică (NaOH) nu este același lucru cu soda de rufe (Na2CO3) sau cu bicarbonatul (NaHCO3). Primul este o bază, celelalte două sunt săruri. Toate trei au reacție bazică în apă, dar numai NaOH are grupa OH în formulă.

Proprietăți fizice și acțiunea asupra indicatorilor

Bazele solubile sunt substanțe solide, albe, higroscopice (absorb apa din aer) și se dizolvă în apă cu degajare de căldură. Soluțiile lor sunt lunecoase la atingere – senzația de „săpun” vine din faptul că baza atacă grăsimile de pe piele.

Bazele solubile concentrate sunt caustice: distrug țesuturile, atacă pielea și ochii. De aceea, la dizolvarea NaOH în apă se toarnă baza peste apă, în porții mici, cu agitare, niciodată invers, și se lucrează cu mănuși și ochelari de protecție.

Cel mai important test practic este cel cu indicatorii, iar tabelul acesta se cere aproape sigur la examen:

• turnesolul – roșu în mediu acid, albastru în mediu bazic;
• fenolftaleina – incoloră în mediu acid și neutru, roșu-carmin (roz) în mediu bazic;
• metiloranjul – roșu în mediu acid, galben în mediu bazic;
• hârtia indicatoare de pH – arată valori peste 7 în mediu bazic.

Scara de pH merge de la 0 la 14: pH sub 7 înseamnă acid, pH egal cu 7 înseamnă neutru, pH peste 7 înseamnă bazic. Cu cât soluția este mai bazică, cu atât pH-ul e mai apropiat de 14.

Aici apare o capcană gândită special pentru grile: fenolftaleina rămâne incoloră și în apă curată, și în acid. Dacă vezi în enunț „fenolftaleina nu s-a colorat”, nu poți concluziona că soluția e acidă – poate fi la fel de bine neutră. Doar turnesolul și metiloranjul deosebesc acidul de neutru.

Proprietăți chimice: neutralizarea și celelalte reacții

Bazele dau patru reacții cerute la Evaluarea Națională.

1. Reacția cu acizii – neutralizarea. Este reacția definitorie și dă întotdeauna sare și apă:

• NaOH + HCl → NaCl + H2O;
• 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O;
• Ca(OH)2 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + 2 H2O.

Esența neutralizării, la nivel de ioni: H+ + HO- → H2O. Ionul de hidrogen al acidului și ionul hidroxid al bazei se leagă și formează apă, iar restul ionilor rămân în soluție ca sare. De aceea neutralizarea este întotdeauna exotermă.

2. Reacția cu oxizii acizi – dă tot sare și apă:

• Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 (precipitat alb) + H2O;
• 2 NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O.

3. Reacția cu sărurile – are loc numai dacă se formează un precipitat, adică o bază insolubilă:

• CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2 (precipitat albastru) + Na2SO4;
• FeCl3 + 3 NaOH → Fe(OH)3 (precipitat brun-roșcat) + 3 NaCl.

Aceasta este și metoda prin care se obțin bazele insolubile, pentru că ele nu se pot obține din oxid și apă.

4. Descompunerea la încălzire – bazele insolubile se descompun în oxid și apă: Cu(OH)2 → CuO (negru) + H2O. Bazele solubile, precum NaOH, nu se descompun astfel.

Greșeala care costă cel mai des puncte: egalarea neutralizării fără a ține cont de câți H are acidul și câți OH are baza. La H2SO4 (doi H) cu NaOH (un OH) raportul este 1 : 2, nu 1 : 1.

Baze importante și utilizările lor

Hidroxidul de sodiu, NaOH (soda caustică) – solid alb, higroscopic, foarte solubil în apă. Este cea mai folosită bază din industrie: la fabricarea săpunului (prin saponificarea grăsimilor), a hârtiei, a fibrelor textile artificiale, la rafinarea petrolului și la desfundarea conductelor. Se obține industrial prin electroliza soluției de clorură de sodiu. Este puternic coroziv – provoacă arsuri grave la contactul cu pielea și cu ochii.

Hidroxidul de calciu, Ca(OH)2 (var stins) – pulbere albă, puțin solubilă în apă. Se obține din var nestins și apă: CaO + H2O → Ca(OH)2, reacție puternic exotermă. Se folosește în construcții, la prepararea mortarului (care se întărește prin reacție cu CO2 din aer, formând CaCO3), la corectarea solurilor acide în agricultură, la văruirea pomilor și la tratarea apelor. Soluția limpede, apa de var, servește la identificarea dioxidului de carbon.

Amoniacul în soluție apoasă, NH3, respectiv NH4OH – singura bază de la acest capitol care nu conține metal; caracterul bazic vine din faptul că amoniacul preia un ion de hidrogen din apă și eliberează ionul hidroxid. Are miros înțepător caracteristic, este volatil și se folosește la fabricarea îngrășămintelor azotoase, a acidului azotic și în soluții de curățat geamuri.

Hidroxidul de potasiu, KOH (potasa caustică) – proprietăți asemănătoare cu NaOH; se folosește la săpunurile lichide și în electrolitul unor baterii.

Regulă de siguranță de reținut: bazele tari și acizii tari nu se amestecă niciodată la întâmplare în gospodărie – reacția degajă multă căldură și poate proiecta stropi corozivi.

Test — 6 întrebări ca la examen