Хімія – наука, що вивчає різні реакції, що протікають в природі, а також взаємодії одних сполук з іншими. Основними речовинами тут є кислоти і лугу, реакції між якими зазвичай називаються нейтралізацією. Вони призводять до утворення розчинної у воді солі.
Що таке луг
Гідроксиди лужних (метали першої групи головної (А) підгрупи періодичної таблиці хімічних елементів Менделєєва Д. І.) і лужноземельних (метали другої групи головної (А) підгрупи, включаючи кальцій) металів, які бурхливо взаємодіють з водою і повністю в ній розчиняються, називаються лугами. Так як вони здатні руйнувати органічний матеріал (шкіру, деревину, папір), їх називають їдкими. Наприклад, гідроксид калію (KOH) – їдкий калій, барію (Ba(OH)2) – їдкий барій і так далі.
Фізичні властивості сильних підстав
Виходячи з визначення, що таке луг, можна додати, що ці гідроксиди також являють собою тверді гігроскопічні (здатні поглинати з повітря пари води) речовини білого кольору. До найбільш сильних лугів відносяться гідроксиди цезію CsOH і радію Ra(OH)2. Реакції лугів найчастіше супроводжуються виділенням тепла (екзотермічні). Також до фізичних властивостей таких підстав можна віднести їх здатність розчинятися в деяких органічних сполуках, наприклад, у спиртах: метанолі і етанолі.
Хімічні властивості
Розчини лугів здатні вступати у різні реакції.
Сильні підстави володіють здатністю взаємодіяти з кислотними та амфотерними оксидами:
- KOH + SO3 = K2SO4 + H2O (SO3 – кислотний оксид);
- 2KOH + Al2O3 = 2KAlO2 + H2O (реакція сплавлення, проходить при нагріванні, де Al2O3 – амфотерний оксид);
- 2KOH + Al2O3 + 3H2O = 2K[Al(OH)4] (реакція проходить з утворенням розчинної комплексної солі – тетрагидроксоалюмината калію).
При реагуванні з амфотерними металами (Zn, Al та інші) також можливе утворення як розплаву, так і відповідної комплексної солі. Причому обидві реакції супроводжуються виділенням газоподібного водню:
- 2KOH + 2Al = 2KAlO2 + H2;
- 2KOH + 2Al + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2.
Також лугу здатні реагувати з солями, в результаті чого утворюється інша підстава та інша сіль. Умовою протікання реакції є те, що в результаті одне з утворених речовин повинно бути не розчинно у воді:
NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu(OH)2.
Як вже було згадано раніше, луги і кислоти вступають у реакцію нейтралізації, утворюється сіль і вода:
NaOH + HCl = NaCl + H2O.
Луги вступають в реакцію з іншими підставами лише, якщо це амфотерні гідроксиди металів:
NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4].
Деякі з них можуть вступати у взаємодію з багатьма органічними речовинами: ефірами, амідами, багатоатомними спиртами:
2C2H6O2 + 2NaOH = C2H4O2Na2 + 2H2O (продукт реакції – алкоголят натрію).
Як отримують сильні підстави
Луги отримують різними способами як у промисловості, так і в лабораторіях.
У промисловій індустрії існують кілька методів одержання лугів: піроліз, вапняний, феритний, електроліз, який ділиться на діафрагмовий, мембранний і ртутний методи на рідких і твердих катодах.
Це електроліз розчинів хлоридів натрію і калію, після чого на аноді і катоді виділяються хлор і водень, і виходять відповідні гідроксиди:
- 2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH;
- 2KCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2KOH.
При піролізі в 1000 градусів на першому етапі відбувається утворення оксиду натрію:
Na2CO3 = Na2O + CO2.
На другому етапі отриманий охолоджений оксид розчиняють у воді, внаслідок чого і виходить необхідний луг:
Na2O + H2O = 2NaOH.
В лабораторіях також застосовується електроліз. Ще лугу можуть вийти шляхом впливу на відповідні метали водою або взаємодії солей цих металів з іншими підставами, в результаті чого виходить необхідна луг і нерозчинний у воді другий продукт реакції – сіль.
При взаємодії цезію і води виходить гідроксид цезію і виділяється водень (реакція протікає навіть при температурі -120 градусів):
2Cs + 2H2O = 2CsOH + H2.
В результаті дії води на оксид літію виходить луг:
Li2O + 2H2O = 2LiOH + H2.
Застосування
Спираючись на саме визначення того, що таке луг, можна зрозуміти, що вони знаходять широке застосування не тільки в промисловості, але і в побуті:
Запобіжні заходи
Стає очевидним, що такі лугу, як гідроксиди натрію, літію, калію, цезію та інші, здатні сильно пошкоджувати й обпалювати шкіру і слизові оболонки очей навіть при попаданні туди найдрібніших частинок сполуки. Щоб запобігти цьому, необхідно носити захисні окуляри, гумові рукавички, а також спецодяг, яка оброблена спеціальними речовинами, що не дозволяють матеріалу взаємодіяти з лугами.
