Budowa i nazewnictwo wodorotlenków

Wodorotlenki to związki o wzorze ogólnym M(OH)ₙ, gdzie M to symbol metalu, OH to grupa wodorotlenowa, a n to wartościowość metalu. Ich nazwa powstaje przez połączenie słowa "wodorotlenek" z nazwą metalu.

Gdy metal może występować na różnych stopniach utlenienia, w nazwie podajemy wartościowość zapisaną cyfrą rzymską w nawiasie. Na przykład Fe(OH)₂ to wodorotlenek żelaza(II), a Fe(OH)₃ to wodorotlenek żelaza(III).

Wodorotlenki można otrzymywać na kilka sposobów. Jednym z nich jest reakcja aktywnych metali z wodą. Gdy sód reaguje z wodą, powstaje wodorotlenek sodu i wodór według reakcji: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Podczas tego procesu wydziela się ciepło, a sód gwałtownie porusza się po powierzchni wody.

Ciekawostka! Podczas reakcji sodu z wodą z dodatkiem fenoloftaleiny roztwór przyjmuje charakterystyczną malinową barwę, co jest dowodem powstania zasady. Wodór, który się wydziela, można zidentyfikować przez charakterystyczny dźwięk przy zapaleniu.

Innym sposobem otrzymywania wodorotlenków jest reakcja tlenku metalu z wodą. Przykładowo, tlenek wapnia reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek wapnia: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Jego wodny roztwór to woda wapienna, którą stosuje się do wykrywania CO₂.

Wodorotlenki trudno rozpuszczalne można otrzymać w reakcji wymiany między solą a zasadą. Na przykład, dodając NaOH do roztworu FeCl₃, otrzymujemy brunatny osad Fe(OH)₃: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl.

Metody otrzymywania i klasyfikacja wodorotlenków

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie można uzyskać przez reakcję metali aktywnych z wodą. Przykładowo, sód reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek sodu: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Inną metodą jest reakcja tlenków metali aktywnych z wodą, jak w przypadku tlenku wapnia: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Wodorotlenki praktycznie nierozpuszczalne w wodzie można otrzymać w reakcji wymiany między solą metalu a zasadą. W tej reakcji powstaje nowa sól oraz wodorotlenek, który wytrąca się jako osad: CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl.

Nie każdy wodorotlenek jest zasadą! Zasadami nazywamy tylko te wodorotlenki, które rozpuszczają się w wodzie i ulegają całkowitej dysocjacji elektrolitycznej. Do zasad zaliczamy wszystkie wodorotlenki metali z grup 1 i 2 układu okresowego (z wyjątkiem Be(OH)₂ i Mg(OH)₂).

Zapamiętaj! Zasady to mocne elektrolity, które w roztworze wodnym rozpadają się na jony. Na przykład: NaOH → Na⁺ + OH⁻ lub Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH⁻.

O mocy zasad decyduje różnica elektroujemności między tlenem a metalem. Im większa różnica, tym słabsze wiązanie między kationem metalu a anionem OH⁻, co sprzyja dysocjacji. Moc zasad zwiększa się w grupach wraz ze wzrostem liczby atomowej metalu, a zmniejsza się w okresach.

Do mocnych zasad zaliczamy NaOH i KOH, natomiast Cu(OH)₂ i Fe(OH)₃ to przykłady słabych zasad. Rozpuszczalność wodorotlenków możesz sprawdzić w tabeli rozpuszczalności - NaOH i KOH są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Właściwości chemiczne wodorotlenków

Wszystkie wodorotlenki reagują z kwasami w reakcji zobojętniania (neutralizacji). W tej reakcji kationy H⁺ kwasu łączą się z anionami OH⁻ wodorotlenku, tworząc wodę: HCl + NaOH → NaCl + H₂O. Jest to jedna z najważniejszych reakcji w chemii nieorganicznej.

Wodorotlenki reagują również z tlenkami kwasowymi (Ca(OH)₂ + N₂O₅ → Ca(NO₃)₂ + H₂O), solami metali ciężkich (2NaOH + Pb(NO₃)₂ → 2NaNO₃ + Pb(OH)₂) oraz niektórymi metalami (2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑). Niektóre mogą ulegać rozkładowi termicznemu: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.

Wodorotlenki zasadowe (najczęściej z grup 1. i 2. układu okresowego) reagują z kwasami, ale nie reagują z zasadami. Natomiast wodorotlenki amfoteryczne mogą reagować zarówno z mocnymi kwasami, jak i z mocnymi zasadami. Do wodorotlenków amfoterycznych zaliczamy m.in. Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cu(OH)₂.

Eksperyment warty zapamiętania! Jeśli do roztworu siarczanu glinu dodasz wodorotlenek sodu, powstanie biały osad Al(OH)₃. Ten osad rozpuści się zarówno w kwasie (tworząc AlCl₃), jak i w zasadzie (tworząc Na[Al(OH)₄]), co dowodzi amfoterycznego charakteru wodorotlenku glinu.

Przykładem zasady, która nie zawiera kationu metalu, jest woda amoniakalna - wodny roztwór amoniaku o stężeniu 10-25%. Podczas rozpuszczania amoniaku w wodzie zachodzi reakcja: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻. Jest to słaba zasada, którą stosuje się jako nawóz sztuczny, w produkcji gumy, barwników oraz w garbarstwie.

Przegląd najważniejszych wodorotlenków

Wodorotlenek sodu (NaOH), znany jako soda żrąca, to biała substancja występująca najczęściej w postaci granulek. Świetnie rozpuszcza się w wodzie i jest silnie higroskopijny (pochłania wilgoć z powietrza). Jego dysocjacja elektrolityczna przebiega według równania: NaOH → Na⁺ + OH⁻.

Wodorotlenek potasu (KOH), czyli potaż żrący, ma podobne właściwości do wodorotlenku sodu - jest biały, dobrze rozpuszczalny w wodzie i higroskopijny. Dysocjuje całkowicie, tworząc jony K⁺ i OH⁻.

Wodorotlenek wapnia Ca(OH)₂ (wapno gaszone) to biała substancja trudno rozpuszczalna w wodzie. Jego nasycony roztwór wodny to woda wapienna, używana do wykrywania CO₂. Otrzymuje się go przez gaszenie wapna palonego: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Wodorotlenek glinu Al(OH)₃ tworzy biały osad praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Jest wodorotlenkiem amfoterycznym - reaguje zarówno z kwasami, jak i z zasadami. Z kwasem tworzy sole glinu: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O, a z zasadą - tetrahydroksoglinian: Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].

Praktyczna wskazówka! Odczyn zasadowy roztworów możesz sprawdzić za pomocą wskaźników - fenoloftaleina zabarwi się na malinowo, błękit tymolowy i bromofenolowy - na niebiesko, a czerwień metylowa i kongo - na czerwono.

Wodorotlenek miedzi(II) Cu(OH)₂ to błękitny osad praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Jest wodorotlenkiem amfoterycznym, co oznacza, że reaguje zarówno z kwasami, jak i z mocnymi zasadami.

Zastosowania wodorotlenków

Wodorotlenki mają szerokie zastosowanie w produkcji środków czystości. Wodorotlenek magnezu i wodorotlenek glinu są składnikami past do zębów. Z kolei wodorotlenek sodu i wodorotlenek potasu wykorzystuje się do produkcji mydeł, kosmetyków myjących oraz środków piorących.

W medycynie wodorotlenki również odgrywają istotną rolę. Wodorotlenek żelaza(III) wchodzi w skład leków na niedokrwistość, natomiast wodorotlenek magnezu i wodorotlenek glinu są stosowane jako środki na nadkwaśność żołądka. Wodorotlenek miedzi(II) służy do wykrywania glukozy (próba Trommera) oraz wiązania peptydowego w białkach (reakcja biuretowa).

Budownictwo i rolnictwo to kolejne dziedziny, gdzie wodorotlenki znajdują zastosowanie. Mieszanina wodorotlenku wapnia, piasku i wody tworzy zaprawę wapienną, która twardnieje w wyniku reakcji z CO₂ z powietrza. Ze względu na silne właściwości bakteriobójcze, Ca(OH)₂ stosuje się do bielenia pni drzew owocowych.

Ciekawostka rolnicza! Wodny roztwór amoniaku (NH₃) to cenny nawóz azotowy. Wprowadza się go do gleby przez specjalne urządzenia nawadniające, dzięki czemu rośliny mogą łatwo przyswoić azot potrzebny do wzrostu.

Znajomość właściwości wodorotlenków pomaga zrozumieć ich szerokie zastosowanie praktyczne, od codziennych produktów gospodarstwa domowego po specjalistyczne zastosowania w przemyśle i rolnictwie.