Happelised hüdroksiidid on hüdroksüülrühma –OH ja metalli või mittemetalli anorgaanilised ühendid, mille oksüdatsiooniaste on +5, +6. Teine nimi on hapnikku sisaldavad anorgaanilised happed. Nende eripäraks on prootoni elimineerimine dissotsiatsiooni käigus.
Hüdroksiidide klassifikatsioon
Hüdroksiide nimetatakse ka hüdroksiidideks ja vodoksiidideks. Peaaegu kõik keemilised elemendid sisaldavad neid, mõned on looduses lai alt levinud, näiteks mineraalid hüdrargilliit ja brutsiit on vastav alt alumiinium- ja magneesiumhüdroksiid.
Eristatakse järgmisi hüdroksiidide tüüpe:
- põhiline;
- amfoteeriline;
- hape.
Klassifikatsioon põhineb sellel, kas hüdroksiidi moodustav oksiid on aluseline, happeline või amfoteerne.
Üldomadused
Kõige huvitavamad on oksiidide ja hüdroksiidide happe-aluselised omadused, kuna nendest sõltub reaktsioonide võimalikkus. See, kas hüdroksiidil on happelised, aluselised või amfoteersed omadused, sõltub hapniku, vesiniku ja elemendi vahelise sideme tugevusest.
Ioonide tugevus on mõjutatudpotentsiaal, mille suurenemisel hüdroksiidide aluselised omadused nõrgenevad ja hüdroksiidide happelised omadused suurenevad.
Kõrgemad hüdroksiidid
Kõrgemad hüdroksiidid on ühendid, milles moodustav element on kõrgeimas oksüdatsiooniastmes. Need on klassi kõigi tüüpide hulgas. Aluse näide on magneesiumhüdroksiid. Alumiiniumhüdroksiid on amfoteerne, samas kui perkloorhapet võib klassifitseerida happeliseks hüdroksiidiks.
Nende ainete omaduste muutumist sõltuv alt moodustavast elemendist saab jälgida D. I. Mendelejevi perioodilise süsteemi järgi. Kõrgemate hüdroksiidide happelised omadused suurenevad vasakult paremale, samas kui metallilised omadused vastav alt nõrgenevad selles suunas.
Aluselised hüdroksiidid
Kitsas tähenduses nimetatakse seda tüüpi alusteks, kuna OH-anioon eraldub dissotsiatsiooni käigus. Kõige kuulsamad neist ühenditest on leelised, näiteks:
- Kummutatud lubi Ca(OH)2 kasutatakse valgendamisruumides, naha parkimisel, seenevastaste vedelike, mörtide ja betooni valmistamisel, vee pehmendamisel, suhkru, valgendi ja väetiste tootmisel, naha kaustiseerimisel naatrium- ja kaaliumkarbonaadid, happeliste lahuste neutraliseerimine, süsihappegaasi tuvastamine, desinfitseerimine, pinnase vastupidavuse vähendamine, toidu lisaainena.
- KOH söövitav kaaliumkloriid, mida kasutatakse fotograafias, nafta rafineerimisel, toiduaine-, paberi- ja metallurgiatööstuses, samuti leelispatarei, happe neutraliseerija, katalüsaator, gaasipuhasti, pH regulaator, elektrolüüt,detergentide, puurimisvedelike, värvainete, väetiste, kaaliumkloriidi orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete, pestitsiidide, tüügaste raviks kasutatavate ravimpreparaatide, seepide, sünteetilise kummi komponent.
- Seebikivi NaOH, vajalik tselluloosi- ja paberitööstuses, rasvade seebistamine pesuvahendite tootmisel, happe neutraliseerimine, biodiisli tootmine, ummistuse lahustamine, mürgiste ainete degaseerimine, puuvilla ja villa töötlemine, hallituse pesemine, toiduainete tootmine, kosmetoloogia, fotograafia.
Aluselised hüdroksiidid tekivad vastavate metallioksiidide koostoimel veega, enamikul juhtudel oksüdatsiooniastmega +1 või +2. Nende hulka kuuluvad leelis-, leelismuld- ja üleminekuelemendid.
Lisaks saab aluseid hankida järgmistel viisidel:
- leelise koostoime madala aktiivsusega metalli soolaga;
- reaktsioon leelis- või leelismuldmuldelemendi ja vee vahel;
- soola vesilahuse elektrolüüsi teel.
Happelised ja aluselised hüdroksiidid interakteeruvad üksteisega, moodustades soola ja vett. Seda reaktsiooni nimetatakse neutraliseerimiseks ja see on titrimeetrilise analüüsi jaoks väga oluline. Lisaks kasutatakse seda igapäevaelus. Happe mahavalgumisel saab ohtliku reaktiivi neutraliseerida soodaga ja leelisena kasutatakse äädikat.
Lisaks nihutavad aluselised hüdroksiidid lahuses dissotsiatsiooni käigus ioonide tasakaalu, mis väljendub indikaatorite värvide muutumises, ja lülituvad vahetusreaktsioonidesse.
Kuumutamisel lagunevad lahustumatud ühendid oksiidiks ja veeks ning leelised sulavad. Aluseline hüdroksiid ja happeline oksiid moodustavad soola.
Amfoteersed hüdroksiidid
Mõnel elemendil on olenev alt tingimustest kas aluselised või happelised omadused. Nendel põhinevaid hüdroksiide nimetatakse amfoteerseteks. Neid on lihtne tuvastada koostises sisalduva metalli järgi, mille oksüdatsiooniaste on +3, +4. Näiteks valge želatiinne aine - alumiiniumhüdroksiid Al(OH)3, mida kasutatakse vee puhastamisel selle suure adsorbeerimisvõime tõttu, vaktsiinide valmistamisel immuunvastust tugevdava ainena., meditsiinis seedetrakti happesõltuvate haiguste raviks. Seda kasutatakse sageli ka leegiaeglustavates plastides ja see toimib katalüsaatorite kandjana.
Kuid on erandeid, kui elemendi oksüdatsiooniastme väärtus on +2. See on tüüpiline berülliumi, tina, plii ja tsingi puhul. Viimase metalli Zn(OH)2 hüdroksiidi kasutatakse laialdaselt keemiatööstuses, peamiselt erinevate ühendite sünteesiks.
Amfoteerset hüdroksiidi saate, pannes siirdemetallisoola lahuse reageerima lahjendatud leelisega.
Amfoteerne hüdroksiid ja happeoksiid, leelis või hape moodustavad koostoimel soola. Hüdroksiidi kuumutamine viib selle lagunemiseni veeks ja metahüdroksiidiks, mis edasisel kuumutamisel muutub oksiidiks.
Amfoteeriline jahappelised hüdroksiidid käituvad samamoodi ka aluselises keskkonnas. Amfoteersed hüdroksiidid toimivad hapetega koostoimel alustena.
Happehüdroksiidid
Seda tüüpi iseloomustab elemendi olemasolu oksüdatsiooniastmes +4 kuni +7. Lahuses on nad võimelised loovutama vesinikkatiooni või vastu võtma elektronpaari ja moodustama kovalentse sideme. Enamasti on neil vedeliku agregatsiooni olek, kuid nende hulgas on ka tahkeid aineid.
Moodustab hüdroksiidhappe oksiidi, mis on võimeline moodustama soola ja sisaldab mittemetalli või siirdemetalli. Oksiid saadakse mittemetalli oksüdatsiooni, happe või soola lagunemise tulemusena.
Hüdroksiidide happelised omadused avalduvad nende võimes värvida indikaatoreid, lahustada aktiivseid metalle vesiniku eraldumisega, reageerida aluste ja aluseliste oksiididega. Nende eripäraks on osalemine redoksreaktsioonides. Keemilise protsessi käigus seovad nad enda külge negatiivselt laetud elementaarosakesed. Elektroni aktseptorina toimimise võimet nõrgestab lahjendamine ja sooladeks muundamine.
Seega on võimalik eristada mitte ainult hüdroksiidide happe-aluselisi omadusi, vaid ka oksüdeerivaid omadusi.
Lämmastikhape
HNO3 peetakse tugevaks ühealuseliseks happeks. See on väga mürgine, jätab nahale haavandid koos naha kollase määrdumisega ja selle aurud ärritavad koheselt hingamisteede limaskesta. Vana nimi on kange viin. See viitab happehüdroksiididele vesilahustesdissotsieerub täielikult ioonideks. Väliselt näeb see välja nagu värvitu vedelik, mis suitseb õhus. Kontsentreeritud vesilahuseks loetakse 60–70% ainest ja kui sisaldus ületab 95%, siis nimetatakse seda suitsevaks lämmastikhappeks.
Mida kõrgem on kontsentratsioon, seda tumedam on vedelik. See võib olla isegi pruuni värvi, kuna see laguneb valguse käes või vähesel kuumutamisel oksiidiks, hapnikuks ja veeks, seetõttu tuleks seda hoida pimedas klaasanumas jahedas kohas.
Happehüdroksiidi keemilised omadused on sellised, et seda saab destilleerida ainult alandatud rõhul lagunemata. Sellega reageerivad kõik metallid, välja arvatud kuld, mõned plaatinarühma esindajad ja tantaal, kuid lõpptoode sõltub happe kontsentratsioonist.
Näiteks 60% ainest annab tsingiga interaktsioonis ülekaalus kõrvalsaadusena lämmastikdioksiid, 30% - monooksiid, 20% - dilämmastikoksiid (naerugaas). Veelgi väiksemad kontsentratsioonid 10% ja 3% annavad lihtaineks lämmastiku vastav alt gaasi ja ammooniumnitraadi kujul. Seega võib happest saada erinevaid nitroühendeid. Nagu näitest näha, mida madalam on kontsentratsioon, seda sügavam on lämmastiku vähenemine. Seda mõjutab ka metalli aktiivsus.
Aine võib kulda või plaatina lahustada ainult aqua regia koostises – segus, mis koosneb kolmest osast vesinikkloriidhappest ja ühest lämmastikhappest. Klaas ja PTFE on sellele vastupidavad.
Lisaks metallidele reageerib aine nendegaaluselised ja amfoteersed oksiidid, alused, nõrgad happed. Kõigil juhtudel on tulemuseks soolad, mittemetallidega - happed. Kõik reaktsioonid ei toimu ohutult, näiteks amiinid ja tärpentin süttivad spontaanselt, kui nad puutuvad kokku kontsentreeritud hüdroksiidiga.
Sooli nimetatakse nitraatideks. Kuumutamisel need lagunevad või avaldavad oksüdeerivaid omadusi. Praktikas kasutatakse neid väetisena. Looduses neid suure lahustuvuse tõttu praktiliselt ei esine, seetõttu saadakse kõik soolad peale kaaliumi ja naatriumi kunstlikult.
Hape ise saadakse sünteesitud ammoniaagist ja vajadusel kontsentreeritakse mitmel viisil:
- tasakaalu nihutamine rõhu suurendamisega;
- kuumutades väävelhappe juuresolekul;
- destilleerimine.
Lisaks kasutatakse seda mineraalväetiste, värvainete ja ravimite tootmisel, sõjatööstuses, molbertigraafikas, ehetes, orgaanilises sünteesis. Aeg-aj alt kasutatakse fotograafias toonimislahuste hapestamiseks lahjendatud hapet.
Väävelhape
Н2SO4 on tugev kahealuseline hape. See näeb välja nagu värvitu raske õline vedelik, lõhnatu. Vananenud nimetus on vitriool (vesilahus) või vitrioolõli (segu vääveldioksiidiga). Selle nimetuse põhjuseks oli asjaolu, et 19. sajandi alguses toodeti vitriolitehastes väävlit. Austusavaldusena traditsioonile nimetatakse sulfaathüdraate tänapäevani vitriooliks.
Happe tootmine on loodud tööstuslikus mastaabis jaon umbes 200 miljonit tonni aastas. Seda saadakse vääveldioksiidi oksüdeerimisel hapniku või lämmastikdioksiidiga vee juuresolekul või vesiniksulfiidi reageerimisel vase, hõbeda, plii või elavhõbesulfaadiga. Saadud kontsentreeritud aine on tugev oksüdeerija: see tõrjub välja halogeenid vastavatest hapetest, muudab süsiniku ja väävli happelisteks oksiidideks. Seejärel redutseeritakse hüdroksiid vääveldioksiidiks, vesiniksulfiidiks või väävliks. Lahjendatud happel ei ole tavaliselt oksüdeerivaid omadusi ja see moodustab keskmise ja happelise soola või estrit.
Ainet saab tuvastada ja identifitseerida lahustuvate baariumisooladega reageerides, mille tulemusena sadestub valge sulfaadi sade.
Hapet kasutatakse edaspidi maakide töötlemisel, mineraalväetiste, keemiliste kiudude, värvainete, suitsu ja lõhkeainete tootmisel, erinevates tööstusharudes, orgaanilises sünteesis, elektrolüüdina, mineraalsoolade saamiseks.
Kuid kasutamine on täis teatud ohte. Söövitav aine põhjustab kokkupuutel naha või limaskestadega keemilisi põletusi. Sissehingamisel ilmneb esm alt köha ja seejärel kõri, hingetoru ja bronhide põletikulised haigused. Maksimaalse lubatud kontsentratsiooni 1 mg kuupmeetri kohta ületamine on surmav.
Väävelhappeaure võib kohata mitte ainult spetsialiseeritud tööstusharudes, vaid ka linna atmosfääris. See juhtub siis, kui keemiline ja metallurgilineettevõtted eraldavad vääveloksiide, mis seejärel langevad happevihmadena.
Kõik need ohud on viinud selleni, et üle 45% massikontsentratsiooniga väävelhappe ringlus Venemaal on piiratud.
Väävelhape
Н2SO3 – nõrgem hape kui väävelhape. Selle valem erineb ainult ühe hapnikuaatomi poolest, kuid see muudab selle ebastabiilseks. Seda ei ole isoleeritud vabas olekus, see esineb ainult lahjendatud vesilahustes. Neid saab ära tunda spetsiifilise terava lõhna järgi, mis meenutab põlenud tikku. Ja sulfitiooni olemasolu kinnitamiseks – reaktsioonil kaaliumpermanganaadiga, mille tulemusena muutub punakasvioletne lahus värvituks.
Aine võib erinevates tingimustes toimida redutseeriva ainena ja oksüdeeriva ainena, moodustada happelisi ja keskmisi sooli. Seda kasutatakse toiduainete konserveerimiseks, puidust tselluloosi saamiseks, samuti villa, siidi ja muude materjalide õrnaks pleegitamiseks.
Ortofosforhape
H3PO4 on keskmise tugevusega hape, mis näeb välja nagu värvitu kristallid. Ortofosforhapet nimetatakse ka nende kristallide 85% lahuseks vees. See näib olevat lõhnatu siirupilaadne vedelik, mis on altid hüpotermiale. Kuumutamine üle 210 kraadi Celsiuse järgi muudab selle pürofosforhappeks.
Fosforhape lahustub hästi vees, neutraliseerib leeliste ja ammoniaakhüdraadiga, reageerib metallidega,moodustab polümeerseid ühendeid.
Aine saab kätte erineval viisil:
- punase fosfori lahustamine vees rõhu all, temperatuuril 700–900 kraadi, kasutades plaatinat, vaske, titaani või tsirkooniumi;
- punase fosfori keetmine kontsentreeritud lämmastikhappes;
- lisades fosfiinile kuuma kontsentreeritud lämmastikhapet;
- fosfiinhapniku oksüdatsioon 150 kraadi juures;
- tetrafosfordekaooksiidi jätmine temperatuurile 0 kraadi, seejärel selle järkjärguline tõstmine 20 kraadini ja sujuv üleminek keetmisele (vesi on vajalik igal etapil);
- pentakloriidi või fosfortrikloriidoksiidi lahustamine vees.
Saadud toote kasutusala on lai. Selle abil vähendatakse pindpinevusi ja eemaldatakse jootmiseks ettevalmistavatelt pindadelt oksiidid, metallid puhastatakse roostest ning nende pinnale tekib kaitsekile, mis takistab edasist korrosiooni. Lisaks kasutatakse ortofosforhapet tööstuslikes sügavkülmikutes ja molekulaarbioloogia uuringutes.
Samuti on see ühend osa lennuki hüdraulikavedelikest, toidulisanditest ja happesuse regulaatoritest. Seda kasutatakse loomakasvatuses naaritsate urolitiaasi ennetamiseks ja hambaravis täidisele eelnevaks manipuleerimiseks.
Pürofosforhape
H4R2O7 - hape, mida iseloomustatakse tugevana esimeses lava ja teistes nõrk. Ta sulab ilmalagunemine, kuna see protsess nõuab kuumutamist vaakumis või tugevate hapete juuresolekul. See neutraliseeritakse leeliste toimel ja reageerib vesinikperoksiidiga. Hankige see ühel järgmistest viisidest:
- tetrafosfordekaoksiidi lagundamine vees nulltemperatuuril ja seejärel kuumutamine 20 kraadini;
- fosforhappe kuumutamisel 150 kraadini;
- kontsentreeritud fosforhappe reaktsioon tetrafosfordekaoksiidiga 80-100 kraadi juures.
Kasutatakse peamiselt väetiste tootmiseks.
Lisaks neile on happeliste hüdroksiidide esindajaid veel palju. Igal neist on oma omadused ja omadused, kuid üldiselt seisnevad oksiidide ja hüdroksiidide happelised omadused nende võimes eraldada vesinikku, laguneda, suhelda leeliste, soolade ja metallidega.
