Загадочное царство оснований
в работе рассказывается об основаниях
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 individualnyy_proekt_po_himii_savelev_ivan_15_gruppa_2.docx | 40.86 КБ |
Предварительный просмотр:
Министерство образования, науки и молодёжной политики
Нижегородской области
Государственное бюджетное профессиональное
образовательное учреждение
«Дзержинский технический колледж»
Индивидуальный проект по химии на тему:
«Загадочное царство оснований»
Выполнил: студент I курса
по специальности: 13.02.07
Электроснабжение (по отраслям)
Савельев Иван Владимирович
Преподаватель:
Зайцева Екатерина Алексеевна
г. Дзержинск
2019-2020 учебный год
Содержание
1. Введение – стр.3
2. Основная часть – стр.4
2.1. Определение. История оснований. Основные теории. – стр.4
2.2. Основания: классификация – стр.8
2.3. Химические свойства оснований – стр.12
2.4. Физические свойства оснований – стр.13
2.5. Применение оснований – стр.14
2.6. Представители класса оснований – стр.16
2.7. Получение оснований – стр.18
2.8. Правила безопасного обращения с основаниями – стр.20
3. Заключение – стр.21
4. Список литературы и Интернет-ресурсов – стр.22
1.Введение
Цель: узнать об основаниях, о их истории, классификациях, свойствах, получении, о применении этих веществ в современном мире.
Задачи:
- проанализировать материал по теме исследования;
- определить, в каких областях жизни лучше всего их использовать;
Актуальность: Тема моей работы актуальна на сегодняшний день, так основания широко используются в промышленности и в быту.
Объект: Основания и их применение в современных условиях.
Предмет: является обзорная информация с выводами в виде реферата об истории создания, классификациях и применение оснований в современной жизни.
Практическая значимость: материалы данной работы могут быть использованы на уроках химии.
Методы исследования: сбор информации об основаниях, анализ литературы, выводы.
2. Основная часть
2.1. Определение. История оснований. Основные теории.
Определение.
Основания – сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одним или несколькими гидроксогруппами (-ОН).
Гидроксид-ион(гидроксогруппа) – сложный ион, состоящий из кислорода и водорода и имеющий суммарный заряд 1- : О-2Н+1. Валентность гидроксогруппы равна 1.
Общая формула оснований: М(ОН)n, где М – металл, n- число групп ОН- и в то же время численное значение заряда иона (степени окисления) металла.
Na+1OH, Ca+2(OH)2, Fe+3(OH)3
История.
Понятие основания сформировалось в XVII веке и было впервые введено в химию французским химиком Гийомом Франсуа Руэлем в 1754 году. Он отметил, что кислоты, известные в те времена как летучие жидкости (например, уксусная или соляная кислоты), превращаются в кристаллические соли только в сочетании с конкретными веществами. Руэль предположил, что эти вещества служат «основаниями» для образования солей в твёрдой форме.
Единая теория кислот и оснований была впервые представлена шведским физикохимиком С. Аррениусом в 1887 году. В рамках своей теории Аррениус определял кислоту как вещество, при диссоциации которого образуются протоны H+, а основание — как вещество, дающее при диссоциации гидроксид-ионы OH−. Теория Аррениуса, однако, имела свои недостатки — например, она не учитывала влияние растворителя на кислотно-основное равновесие, а также была неприменима к неводным растворам.
В 1924 году Э. Франклином была создана сольвентная теория, согласно которой основание определялось как соединение, которое при диссоциации увеличивает число тех же анионов, которые образуются при диссоциации растворителя.
С 1923 года основание стали определять в рамках теорий Брёнстеда — Лоури и Льюиса, которые широко применяются и в настоящее время.
Основание в теории Брёнстеда — Лоури:
В протонной теории кислот и оснований, выдвинутой в 1923 г. независимо датским учёным Й. Брёнстедом и английским учёным Т. Лоури, основанием Брёнстеда называется соединение или ион, способный принимать (отщеплять) протон от кислоты. Соответственно, кислота Брёнстеда является донором протонов, а взаимодействие кислоты с основанием сводится к передаче протона. При реакции основания Брёнстеда B с кислотой, например, с водой, основание превращается в сопряжённую кислоту BH+, а кислота становится сопряжённым основанием:
B+H2O↔BH++OH-
Основание в теории Льюиса:
Согласно электронной теории, предложенной в 1923 году американским физикохимиком Г. Льюисом, основание — это вещество, способное отдавать электронную пару на образование связи с кислотой Льюиса. Основаниями Льюиса могут быть амины R3N, спирты ROH, простые эфиры ROR, тиолы RSH, тиоэфиры RSR, анионы, соединения с π-связями. В зависимости от орбитали, на которой расположена участвующая в реакции пара электронов, основания Льюиса подразделяют на n-, σ- и π-типы — электронные пары для этих типов расположены соответственно на несвязывающих, σ- и π-орбиталях.
Понятия основания в теориях Льюиса и Брёнстеда — Лоури совпадают: согласно обеим теориям основания отдают пару электронов на образование связи. Разница заключается лишь в том, куда расходуется эта электронная пара. Основания Брёнстеда за её счёт образуют связь с протоном, а основания Льюиса — с любыми частицами, имеющими вакантную орбиталь. Таким образом, существенные различия этих теорий касаются понятия кислоты, а не основания.
Теория Льюиса не предусматривает количественной оценки способности оснований реагировать с кислотами Льюиса. Однако, для качественной оценки широко применяется принцип жёстких и мягких кислот и оснований Пирсона (принцип ЖМКО), согласно которому жёсткие кислоты предпочтительно реагируют с жёсткими основаниями, а мягкие кислоты — с мягкими основаниями. По Пирсону, жёсткими основаниями являются основания, донорный центр которых обладает низкой поляризуемостью и высокой электроотрицательностью. Напротив, мягкими основаниями являются донорные частицы с высокой поляризуемостью и низкой электроотрицательностью. Жёсткие и мягкие кислоты обладают такими же свойствами как жёсткие и мягкие основания соответственно с той разницей, что они являются акцепторными частицами.
Основание в общей теории Усановича:
В общей теории кислот и оснований, созданной М. И. Усановичем в 1939 году, основание определено как вещество, отдающее анионы (или электроны) и принимающие катионы. Таким образом, в рамках теории Усановича в понятие основания входят как основания Брёнстеда, так и основания Льюиса, а также восстановители. Кроме того, само понятие основности, как и кислотности, в общей теории Усановича рассматривается как функция вещества, проявление которой зависит не от самого вещества, а от его партнёра по реакции.
2.2. Основания: классификация
Как было сказано выше, основания – сложные вещества, молекулы которых в своём составе имеют одну или несколько гидрокси-групп OH. Чаще всего основания состоят из атома металла и группы OH. Например, NaOH – гидроксид натрия, Ca(OH)2 – гидроксид кальция и другие.
Существует основание – гидроксид аммония, в котором гидрокси-группа присоединена не к металлу, а к иону NH4+ (катиону аммония). Гидроксид аммония образуется при растворении аммиака в воде (реакции присоединения воды к аммиаку): NH3 + H2O = NH4OH.
Валентность гирокси-группы – 1. Число гидроксильных групп в молекуле основания зависит от валентности металла и равно ей. Например, NaOH, LiOH, Al (OH)3, Ca(OH)2, Fe(OH)3 и т.д.
Все основания – твёрдые вещества, которые имеют различную окраску. Некоторые основания хорошо растворимы в воде (NaOH, KOH и др.). Однако большинство из них в воде не растворяются.
Растворимые в воде основания называются щелочами. Растворы щелочей «мыльные», скользкие на ощупь и довольно едкие. К щелочам относят гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов (KOH, LiOH, RbOH, NaOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 и др.). Остальные являются нерастворимыми.
Нерастворимые основания – это амфотерные гидроксиды, которые при взаимодействии с кислотами выступают как основания, а со щёлочью ведут себя, как кислоты.
Разные основания отличаются разной способностью отщеплять гидрокси-группы, поэтому признаку они делятся на сильные и слабые основания.
Сильные основания:
NaOH гидроксид натрия (едкий натр)
KOH гидроксид калия (едкое кали)
LiOH гидроксид лития
Ba(OH)2 гидроксид бария
Ca(OH)2 гидроксид кальция (гашеная известь)
Слабые основания:
Mg(OH)2 гидроксид магния
Fe(OH)2 гидроксид железа (II)
Zn(OH)2 гидроксид цинка
NH4OH гидроксид аммония
Fe(OH)3 гидроксид железа (III)
и т.д. (большинство гидроксидов металлов)
Сильные основания в водных растворах легко отдают свои гидрокси-группы, а слабые – нет.
Основные классификации оснований:
Признак классификации | Группа оснований | Примеры |
Наличие кислорода | Кислородсодержащие | KOH,Sr(OH)2KOH,Sr(OH)2 |
Бескислородные | NH3NH3 как аммиачная вода | |
Кислотность (число групп ОН−ОН− в составе или число присоединяемых Н+Н+) | Однокислотные | NaOH,TlOH,NH3NaOH,TlOH,NH3 |
Двухкислотные | Ca(OH)2,Mg(OH)2Ca(OH)2,Mg(OH)2 | |
Трёхкислотные | La(OH)3,TI(OH)3La(OH)3,TI(OH)3 | |
Растворимость в воде | Растворимые (щелочи) | NaOH,KOH,Ca(OH)∗2NaOH,KOH,Ca(OH)2∗, Ba(OH)2Ba(OH)2 |
Нерастворимые | Cr(OH)2,Mn(OH)2Cr(OH)2,Mn(OH)2 | |
Степень электролитической диссоциации | Сильные (α→1) | Щелочи∗LiOH−CsOHЩелочи∗LiOH−CsOH, Ca(OH)2−Ra(OH)2Ca(OH)2−Ra(OH)2 , TlOHTlOH |
Слабые (α→0) | Нерастворимые основания | |
Летучесть | Летучие | NH3∙H2ONH3∙H2O |
Нелетучие | Щелочи, нерастворимые основания | |
Стабильность | Стабильные | NaOH,Ba(OH)2NaOH,Ba(OH)2 |
Нестабильные | NH3∙H2O→NH3↑+H2O |
2.3. Химические свойства оснований
Химические свойства оснований характеризуются отношением их к кислотам, ангидридам кислот и солям.
1. Действуют на индикаторы. Индикаторы меняют свою окраску в зависимости от взаимодействия с разными химическими веществами. В нейтральных растворах – они имеют одну окраску, в растворах кислот – другую. При взаимодействии с основаниями они меняют свою окраску: индикатор метиловый оранжевый окрашивается в жёлтый цвет, индикатор лакмус – в синий цвет, а фенолфталеин становится цвета фуксии.
2. Взаимодействуют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:
2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O.
3. Вступают в реакцию с кислотами, образуя соль и воду. Реакция взаимодействия основания с кислотой называется реакцией нейтрализации, так как после её окончания среда становится нейтральной:
2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O.
4. Реагируют с солями, образуя новые соль и основание:
2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 + Na2SO4.
5. Способны при нагревании разлагаться на воду и основной оксид:
Cu(OH)2 = CuO + H2O.
2.4. Физические свойства оснований
Растворимых в воде (щелочей): твердые кристаллические вещества, растворимые в воде. Их растворы мылки на ощупь. Гидроксиды щелочных металлов (NaOH, KOH) гигроскопичны (поглощают из воздуха водяные пары и расплываются).
Нерастворимых в воде: выпадают из в виде студенистых аморфных осадков, которые со временем кристаллизуются. Часто имеют переменный состав. Гидроксиды многих переходных металлов (железа, меди, никеля) ярко окрашены.
2.5. Применение оснований
Основания используют в промышленности, в лабораториях и в быту.
Из всех оснований наибольшее применение находят щёлочи.
Гидроксид кальция
Техническое название гидроксида кальция — гашёная известь, или пушонка. Взвесь (суспензия) гидроксида кальция в воде называют известковым молоком, а прозрачный раствор этого вещества носит название известковой воды.
Гашёную известь с древних времён использовали в строительстве для приготовления скрепляющей смеси — известкового раствора.
При смешивании гашёной извести, песка и воды образуется медленно застывающая масса, которую в настоящее время (с некоторыми добавками) используют для оштукатуривания стен.
При застывании известкового раствора гидроксид кальция (щёлочь) взаимодействует с углекислым газом (кислотным оксидом), содержащимся в воздухе, в результате чего образуется твёрдая масса (искусственный камень):
Ca(OH)2+CO2→CaCO3⏐↓+H2O.
Известковое молоко применяют в производстве сахара, а также в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений.
Гидроксид натрия
Другие названия этого вещества: едкий натр, каустическая сода.
Гидроксид натрия используют как во многих отраслях промышленности, так и для бытовых нужд.
Каустик используют при производстве целлюлозы, моющих средств (мыла, шампуней и других), в нефтепереработке, при производстве биодизельного топлива, для нейтрализации кислот. В быту гидроксид натрия используют в качестве основы некоторых средств для ликвидации засоров канализационных труб.
Гидроксид калия
Тривиальное название вещества — едкое кали.
Гидроксид калия используют в производстве моющих средств как сырьё для получения различных соединений калия, а также в качестве электролита в гальванических элементах (марганцо-цинковых «батарейках») и никель-кадмиевых аккумуляторах.
Гидроксид магния
Гидроксид магния используется как компонент зубных паст, в медицине — как лекарственное средство для уменьшения кислотности желудочного сока и как слабительное, в промышленности — в качестве наполнителя при производстве пластмасс, а также как сырьё для получения оксида магния.
2.6. Представители класса оснований
NaOH – едкий натр, каустическая сода
Легкоплавкие (tпл = 320 °С) белые гигроскопичные кристаллы и поэтому расплывающиеся в воздухе; хорошо растворимы в воде. Раствор мылкий на ощупь и является опасной едкой жидкостью, так как разъедает кожу, ткани, бумагу и другие материалы.
NaOH – один из важнейших продуктов химической промышленности. В больших количествах требуется для очистки нефтепродуктов, широко применяется в мыловаренной, бумажной, текстильной и других отраслях промышленности, а также для производства искусственного волокна.
КОН – едкое кали, каустический поташ
Белые гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимы в воде. Раствор мылкий на ощупь и является опасной едкой жидкостью. Свойства КОН аналогичны свойствам NaOH, но применяется гидроксид калия гораздо реже ввиду его более высокой стоимости.
Применяют его в качестве добавки при производстве мыла, тугоплавкого стекла.
Са(ОН)2 – гашеная известь, белильная известь
Рыхлый белый порошок, малорастворим в воде. Получается при взаимодействии негашёной извести СаО с водой. Этот процесс называют гашением. Прозрачный раствор называется «известковой водой», суспензия – «известковым молоком». Известковая вода применяется для распознавания углекислого газа, она мутнеет при пропускании СO2.
Гидроксид кальция применяют в строительстве при кладке и штукатурке стен, для побелки деревьев, для получения хлорной извести – дезинфицирующего средства.
Ba(OH)2 - едкий барит
Белые гигроскопичные кристаллы. Насыщенный водный раствор гидроксида бария называется баритовой водой. Гидроксид бария применяют в виде баритовой воды как реактив на SO42- (сульфат) и СО32-(карбонат) ионы, для очистки растительных масел и животных жиров, как компонент смазок, для удаления сульфат-ионов из промышленных растворов.
NH4OH⇄NH3*H2O – аммиачная вода, едкий аммоний, едкий аммиак
Представляет собой водный раствор аммиака, в которых он преимущественно в форме гидроксида аммония NH4+.
Аммиачная вода применяется для получения азотных удобрений, в производстве соды, красителей. Слабый (обычно 10%) раствор – нашатырный спирт, который широко применяется в медицине.
2.7. Получение оснований
Выбор способа получения основания зависит от того, к какой группе данное соединение относится, является щёлочью или нерастворимым основанием.
Общие способы получения щелочей:
1. Щёлочи образуются при взаимодействии щелочных и щелочноземельных металлов с водой.
Протекает реакция замещения, в ходе которой кроме щёлочи образуется водород. Активные металлы энергично взаимодействуют с водой при обычных условиях.
Например, при взаимодействии натрия с водой образуется гидроксид натрия и выделяется водород:
2Na+2H2O→2NaOH+H2↑.
В реакции между кальцием и водой образуются гидроксид кальция и водород: Ca+2H2O→Ca(OH)2+H2↑.
2. Щёлочи образуются при взаимодействии оксидов щелочных и щелочноземельных металлов с водой. При этом протекает реакция соединения.
Например, при взаимодействии оксида лития с водой образуется гидроксид лития:
Li2O+H2O→2LiOH.
При взаимодействии оксида кальция с водой образуется гидроксид кальция:
CaO+H2O→Ca(OH)2.
Именно так получают гидроксид кальция в промышленных условиях.
3. В промышленности гидроксид натрия и калия получают путём электролиза: пропускают постоянный электрический ток через раствор хлорида натрия или калия.
При электролизе раствора хлорида натрия кроме гидроксида натрия образуются хлор и водород:
2NaCl+2H2O→электр. ток 2NaOH+H2↑+Cl2↑.
Аналогично протекает электролиз раствора хлорида калия.
Получение нерастворимых оснований:
Чтобы получить нерастворимое основание, следует к раствору соли соответствующего металла добавить раствор щёлочи.
Например, чтобы получить осадок гидроксида меди(II), нужно к раствору соли меди(II) (хлориду, сульфату, нитрату или др.) добавить раствор щёлочи (гидроксида натрия или калия). Протекает реакция обмена:
CuCl2+2KOH→Cu(OH)2↓+2KCl.
2.8. Правила безопасного обращения с основаниями
Щёлочи при попадании разъедают кожу и слизистые ткани. При обращении с ними особенно следует беречь глаза, поскольку эти вещества вызывают необратимое разрушение зрительного нерва, следствием чего может быть полная потеря зрения.
Все работы со щелочами следует проводить в очках и пользуясь резиновыми перчатками.
Если же щёлочь всё-таки попала на поверхность тела, поражённое место нужно хорошенько прополоскать струёй проточной воды, если попала в глаз — также непрерывно промывать проточной водой не менее 35–40 минут, а также обратиться за медицинской помощью.
3. Заключение
Основания – один из классов неорганических веществ, который наряду с кислотами, оксидами и солями составляет основу неорганической химии. Они широко используются в разных областях химии и химической промышленности. С их помощью получают удобрения, строительные материалы, цветное стекло. Без них мы бы лишились легких и экономичных щелочных аккумуляторов, многих медицинских препаратов.
В работе особое внимание было уделено освещению понятия оснований, как одного из классов неорганических веществ на основе современных кислотно – основных теорий Бренстеда, Льюиса, Усановича. Также были рассмотрены промышленные методы получения щелочей на примере гидроксида натрия. Большое внимание уделено способам применения оснований как в быту, так и в химической, медицинской, строительной промышленности, где они находят свое применение.
Изучение свойств оснований имеет большое значение при изучении химии, а также для развития научного мировоззрения.
4. Список литературы и Интернет-ресурсов
Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. – Л.: Химия, 1978. – 331 с.
Химическая энциклопедия в 5 т. / под ред. И. Л. Кнунянца. – М.: Советская энциклопедия, 1990.
https://foxford.ru/wiki/himiya/himicheskie-svoystva-osnovaniy
http://microschool.io/ru/book/chemistry/osnovaniya
https://blog.tutoronline.ru/osnovanija-klassifikacija-i-himicheskie-svojstva
«Яндекс» открыл доступ к нейросети "Балабоба" для всех пользователей
Мать-и-мачеха
"Портрет". Н.В. Гоголь
Сказки пластилинового ослика
Астрономический календарь. Декабрь, 2018