Zasady – budowa, właściwości, otrzymywanie

Zasady to jedna z podstawowych grup związków chemicznych.

Wzór ogólny zasad to:

\( M_n(OH)_n \)

(gdzie: M – metal, OH – grupa wodorotlenkowa, n – wartość metalu)

Zasady, czyli wodorotlenki, są związkami pierwiastków (zwykle metali) i grupy wodorotlenkowej. Używane są do wyrobu detergentów, lekarstw, papieru i tekstyliów.

Grupa wodorotlenkowa występuje w alkaliach lub zasadach oraz w pewnych związkach organicznych. Wiele alkalii, np. wodorotlenek sodu, tworzy roztwory jonowe przewodzące elektryczność. Roztwory te są gorzkie w smaku i pienią się, a silne roztwory wodorotlenkowe mają właściwości żrące i mogą poparzyć skórę.

Wodorotlenek sodu (soda kaustyczna) i wodorotlenek potasu (potas żrący) są niebezpiecznymi związkami stosowanymi do neutralizacji smarów. Rozcieńczony wodorotlenek amonu jest domową postacią amoniaku używaną do czyszczenia.

Wodorotlenki możemy podzielić:

1. Ze względu na stopień dysocjacji:
- Mocne – wszystkie wodorotlenki litowców i berylowców z wyjątkiem wodorotlenku magnezu i berylu, np. \( Ca(OH)_2 \)
- Słabe – pozostałe, np. \( Al(OH)_3 \)

2. Ze względu na rozpuszczalność w wodzie:
- Rozpuszczalne – wszystkie wodorotlenki litowców, np. NaOH
- Nierozpuszczalne – pozostałe, np. \( Al(OH)_3 \)

3. Ze względu na reakcje z kwasami i zasadami:
- Zasadowe – reagują z kwasami, a nie reagują z zasadami; wszystkie wodorotlenki litowców i berylowców z wyjątkiem berylu, np. KOH
- Amfoteryczne – reagują zarówno z kwasami, jak i z zasadami, np. \( Al(OH)_3 \)

Według teorii szwedzkiego fizykochemika Arrheniusa, wodorotlenki pod wpływem wody dysocjują, czyli rozpadają się na kationy metalu i aniony grupy wodorotlenkowej. Kationy metalu zawsze są dodatnie, a aniony wodorotlenkowe są ujemne.
Np.
\( NaOH \leftrightarrow Na^+ + OH^- \)
\( Ca(OH)_2 \leftrightarrow Ca^{2+} + 2OH^- \)

Zasada sodowa i potasowa

Zarówno stały wodorotlenek sodu (NaOH), jak i potasu (KOH) wilgotnieją na powietrzu, chłonąc m.in. parę wodną, czyli są substancjami higroskopijnymi.

Oba wodorotlenki dobrze się rozpuszczają w wodzie z wydzieleniem znacznych ilości energii w postaci ciepła. Stężone roztwory NaOH i KOH wykazują właściwości żrące, działają niszcząco na substancje białkowe, np. na jedwab naturalny i wełnę, powodują również bolesne oparzenia.

Stopione wodorotlenki sodu i potasu działają żrąco także na szkło, porcelanę, a nawet platynę. KOH ma silniejsze właściwości żrące i zasadowe niż NaOH.

Wodorotlenek sodu, potocznie nazywany sodą kaustyczną, jest cennym odczynnikiem i należy do ważnych chemikaliów przemysłowych. Używa się go do wytwarzania mydła, środków piorących, produkcji papieru, tekstyliów i rafinacji ropy naftowej oraz jako odczynnik laboratoryjny.

Wodorotlenek wapnia \( Ca(OH)_2 \) – biały krystaliczny proszek, słabo rozpuszczalny w wodzie, jest mocną zasadą i wywołuje groźne oparzenia skóry. Zwany jest również wapnem gaszonym i ma zastosowanie w budownictwie jako składnik zaprawy murarskiej, w stanie suchym używany do odkwaszania gleb, po zmieszaniu z wodą (mleko wapienne) do bielenia pni drzew owocowych oraz mieszkań. Stosowany jest również do środków odkażających i dezynfekcyjnych oraz w przemyśle nawozów sztucznych.

Wodorotlenek magnezu \( Mg(OH)_2 \) – wytraca się z roztworów soli magnezowych pod działaniem wodorotlenków litowców (sodu i potasu). Jest substancją o białej barwie, słabo rozpuszczalny w wodzie. W przyrodzie związek ten występuje w postaci minerału brucytu, natomiast w medycynie jako tzw. mleko magnezjowe, w przemyśle w procesie rafinacji cukru i jest składnikiem wysokogatunkowych past do zębów.

Otrzymywanie wodorotlenków

Działając wodą na niektóre metale:
- Zasada sodowa:
\( 2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \)
- Zasada potasowa:
\( 2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2 \)
- Zasada wapniowa:
\( Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \)

Działając wodą na tlenki niektórych metali:
- Zasada magnezu:
\( MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2 \)
- Zasada potasu:
\( K_2O + H_2O \rightarrow 2KOH \)
- Zasada sodowa:
\( Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH \)

NaOH – wodorotlenki mają zawsze grupę OH, która jako całość jest jednowartościowa.

Dysocjacja elektrolityczna zasad

Zasady, tak jak kwasy, przewodzą prąd elektryczny. Należą więc do elektrolitów, a w roztworach wodnych dysocjują na jony.
\( NaOH \leftrightarrow Na^+ + OH^- \)
Zasada sodowa pod wpływem wody dysocjuje na jednodatni kation sodowy \( Na^+ \) oraz jednoujemny anion wodorotlenkowy \( OH^- \).

Ogólny wzór dysocjacji elektrolitycznej zasad:
\( M(OH)_n \leftrightarrow M^{n+} + nOH^- \)

Podsumowanie:
Wodorotlenki to szeroka grupa związków chemicznych zbudowanych z metalu i grupy wodorotlenkowej. Mają postać krystalicznych ciał stałych i prawie wszystkie są silnie żrące. Należy więc zachować szczególną ostrożność w ich używaniu. Ponadto wodorotlenki są substancjami higroskopijnymi. Znalazły szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, np. w przemyśle chemicznym czy kosmetycznym.