Budowa i nazewnictwo wodorotlenków

Wodorotlenki mają ogólny wzór M(OH)ₙ, gdzie M to symbol metalu, OH to grupa wodorotlenowa, a n to wartościowość metalu. Nazwy tworzymy łącząc słowo "wodorotlenek" z nazwą metalu, np. wodorotlenek sodu (NaOH), wodorotlenek żelaza(II) (Fe(OH)₂).

Otrzymywanie wodorotlenków może odbywać się różnymi metodami. Wodorotlenek sodu (NaOH) można otrzymać w reakcji sodu z wodą: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Podczas tej reakcji sód porusza się po powierzchni wody, roztwór przybiera malinową barwę (w obecności fenoloftaleiny), a wydzielający się wodór może się zapalić.

Inny sposób to reakcja tlenku metalu z wodą. Na przykład tlenek wapnia reaguje z wodą tworząc wodorotlenek wapnia: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Wodny roztwór Ca(OH)₂ to woda wapienna, która służy do wykrywania CO₂.

Ciekawostka chemiczna: Wodorotlenki nierozpuszczalne w wodzie można otrzymać w reakcji wymiany między solą a zasadą, np. FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl. Brunatny osad Fe(OH)₃ świadczy o udanej reakcji.

Metody otrzymywania wodorotlenków

Wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie możesz otrzymać na dwa główne sposoby. Pierwszy to reakcja metali aktywnych (głównie litowców) z wodą: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂. Drugi sposób to reakcja tlenków metali aktywnych z wodą: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Dla wodorotlenków nierozpuszczalnych najlepiej sprawdza się reakcja wymiany między solą metalu a zasadą: CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + 2NaCl. W tej reakcji nierozpuszczalny wodorotlenek wypada jako osad.

Dysocjacja elektrolityczna wodorotlenków zachodzi, gdy rozpuszczają się one w wodzie. Nie każdy wodorotlenek jest zasadą! Zasady to wodorotlenki, które rozpuszczają się w wodzie i ulegają całkowitej dysocjacji elektrolitycznej. Przykłady dysocjacji: NaOH → Na⁺ + OH⁻ oraz Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH⁻.

Zapamiętaj! Moc zasad zwiększa się w grupach układu okresowego wraz ze wzrostem liczby atomowej metalu, ale zmniejsza się w okresach. Przykłady mocnych zasad to NaOH i KOH, a słabych - Cu(OH)₂ i Fe(OH)₃.

Właściwości chemiczne wodorotlenków

Wszystkie wodorotlenki reagują z kwasami w reakcji zobojętniania (neutralizacji): kwas + wodorotlenek → sól + woda. W tej reakcji jony H⁺ z kwasu łączą się z jonami OH⁻ z wodorotlenku, tworząc wodę, np. HCl + NaOH → NaCl + H₂O.

Wodorotlenki mogą również reagować z tlenkami kwasowymi $Ca(OH)₂ + N₂O₅ → Ca(NO₃)₂ + H₂O$, solami metali ciężkich $2NaOH + Pb(NO₃)₂ → 2NaNO₃ + Pb(OH)₂$ i niektórymi metalami $2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑$.

Wodorotlenki amfoteryczne to wyjątkowa grupa związków, która reaguje zarówno z mocnymi kwasami, jak i z mocnymi zasadami. Należą do nich Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Cu(OH)₂, Fe(OH)₂, Cr(OH)₃ i Fe(OH)₃. Na przykład Al(OH)₃ reaguje z kwasem: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O oraz z zasadą: Al(OH)₃ + NaOH → Na$Al(OH)₄$.

Eksperyment warty zapamiętania: Jeśli do roztworu siarczanu glinu dodasz NaOH, powstanie biały osad Al(OH)₃. Gdy do tego osadu dodasz kwas lub mocną zasadę, osad zniknie – to dowód amfoteryczności wodorotlenku glinu!

Ważne wodorotlenki i ich właściwości

Wodorotlenek sodu (NaOH), znany jako soda żrąca, to biała substancja w formie granulek. Świetnie rozpuszcza się w wodzie i jest silnie higroskopijny (pochłania wilgoć z powietrza). To mocna zasada stosowana w wielu procesach przemysłowych.

Wodorotlenek potasu (KOH), zwany potażem żrącym, ma podobne właściwości do NaOH - jest biały, rozpuszczalny w wodzie i higroskopijny. Te dwa wodorotlenki to najczęściej używane zasady w laboratoriach.

Wodorotlenek wapnia Ca(OH)₂ (wapno gaszone) to biała substancja trudno rozpuszczalna w wodzie. Jego nasycony roztwór nazywamy wodą wapienną, która służy do wykrywania CO₂. Powstaje przez gaszenie wapna palonego: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Woda amoniakalna to ciekawy przykład zasady, która nie zawiera metalu. To 10-25% wodny roztwór amoniaku NH₃, w którym zachodzi reakcja: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻. Jest to słaba zasada stosowana jako nawóz oraz w przemyśle.

Warto wiedzieć! Dysocjacja wodorotlenku sodu i innych mocnych zasad w wodzie jest całkowita, co oznacza, że wszystkie cząsteczki rozpadają się na jony. Roztwory tych związków zmieniają barwę wskaźników - fenoloftaleina zabarwia się na malinowo, a błękit bromofenolowy na niebieski.

Zastosowania wodorotlenków

Wodorotlenki są wszędzie wokół nas! W środkach czystości znajdziesz Mg(OH)₂ i Al(OH)₃ jako składniki pasty do zębów. NaOH i KOH wykorzystuje się do produkcji mydeł, kosmetyków myjących i środków piorących - bez nich trudno wyobrazić sobie codzienne sprzątanie.

W medycynie wodorotlenek żelaza(III) jest składnikiem leków na niedokrwistość, a Mg(OH)₂ i Al(OH)₃ stosuje się jako środki na nadkwaśność żołądka. Cu(OH)₂ służy do wykrywania glukozy (próba Trommera) i wiązania peptydowego w białkach.

W budownictwie zaprawa wapienna, czyli mieszanina Ca(OH)₂, piasku i wody, twardnieje dzięki reakcji z CO₂ z powietrza. W rolnictwie Ca(OH)₂ wykorzystuje się do bielenia pni drzew ze względu na właściwości bakteriobójcze, a wodny roztwór amoniaku stosuje się jako nawóz.

Praktyczna wskazówka: Pamiętaj, że wszystkie wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie mają charakter zasadowy i są żrące - pracując z nimi, zawsze używaj rękawiczek ochronnych i okularów!