Tlenki, wodorotlenki, kwasy i sole w naukach o Ziemi i środowisku

Związki zawierające atom metalu i jedną lub kilka grup wodorotlenowych o wzorze ogólny 

M(OH)_m

M – symbol danego metalu, n – liczba grup wodorotlenkowych w cząsteczce wodorotlenku.

Wodorotlenki mają budowę jonową Mⁿ⁺ n(OH)^-, a liczba jonów OH^- zależy od stopnia utlenienia metalu, np. NaOH, Ca(OH)₂, Fe(OH)₃.

Podział

Grafika: oprac. Sylwia Zelek-Pogudz, licencja CC BY-SA 4.0 
[na podst. Krzysztof M. Pazdro. Anna Rola-Noworyta –
Chemia. Repetytorium dla przyszłych maturzystów i studentów –  wydanie 2014].

Nazwy

Nazwy tworzy się dwoma sposobami: 1) poprzez określenie liczby grup OH przedrostkami odliczebnikowymi i dodanie do nazwy metalu M, np. Fe(OH)₂ - diwodorotlenek żelaza; lub 2) dodanie do słowa wodorotlenek nazwy metalu i w nawiasie podanie jego stopnia utlenienia. Zgodnie z umową, jeżeli dany pierwiastek w związkach chemicznych występuje tylko na jednym stopniu utlenienia, to nie jest konieczne podawanie go w nawiasie.

Przykłady

NaOH   – wodorotlenek sodu

Ba(OH)₂ – wodorotlenek baru

Al(OH)₃ – wodorotlenek glinu

Fe(OH)₂ – wodorotlenek żelaza(II) – diwodorotlenek żelaza

Fe(OH)₃ – wodorotlenek żelaza(III) – triwodorotlenek żelaza

Mn(OH)₂ – wodorotlenek manganu(II) – diwodorotlenek manganu

Mn(OH)₄ – wodorotlenek manganu(IV) – tetrawodorotlenek manganu

Wodorotlenki złożone to wodorotlenki zawierające różne metale, np.: Ca₃Al₂(OH)₁₂.

Hydroksotlenki (oksowodorotolenki) to związki zbudowane z jonów M⁺, MO_n^m+, OH^-, O^2- w różnych kombinacjach, np.: FeO(OH).

Reakcje prowadzące do otrzymania wodorotlenków

Dwie najpopularniejsze z laboratoryjnych metod otrzymywania wodorotlenków przedstawiono na schemacie:

Grafika: Wybrane laboratoryjne metody otrzymywania wodorotlenków*. 
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

• Reakcja aktywnego metalu bloku s z wodą

2Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂↑

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja sodu z wodą: Doświadczenie 7.11, 26.03.2020 [dostęp: 22.12.2022].
Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=2kefsQGPfo4.

2 K + 2 H₂O → 2 KOH + H₂↑
Mg + 2 H₂O → Mg(OH)₂ + H₂↑
Ca + 2 H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Źródło: Oficyna Pazdro, Badanie przebiegu reakcji metali lekkich z wodą: Doświadczenie 4.1, 02.10.2020 [dostęp: 22.12.2022].
Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=f03OhP0tdI0.

• Reakcja odpowiedniego tlenku metalu (blok s) z wodą

MgO + H₂O → Mg(OH)₂

Źródło: Oficyna Pazdro, Otrzymywanie tlenku magnezu i jego reakcja z wodą: Doświadczenie 7.9, 26.03.2020 [dostęp: 22.12.2022].
Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=xE1XZ4yZodA.

• Reakcja niektórych soli z innymi wodorotlenkami (reakcja strącania)

FeCl₃ + 3 NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3 NaCl

Źródło: Oficyna Pazdro, Strącanie i roztwarzanie wodorotlenków żelaza: Doświadczenie 8.6, 26.03.2020 [dostęp: 22.12.2022].
Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=4yLJNWb7FhE.

CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2↓ + 3 NaSO4 

Źródło: Oficyna Pazdro, Reakcja siarczanu(VI) miedzi(II) z wodorotlenkiem sodu: Doświadczenie 8.5, 26.03.2020
[dostęp: 22.12.2022]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=PD0Mn-d8IYs.

• Reakcje niektórych wodorków z wodą

CaH₂ + 2 H₂O → Ca(OH)₂↓ + 2 H₂

Budowa i właściwości fizyczne

Wodorotlenki to ciała stałe o budowie jonowej, często zabarwione, o różnej rozpuszczalności w wodzie. Wodorotlenki litowców są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, słabiej rozpuszczalne są wodorotlenki berylowców, podczas gdy prawie wszystkie pozostałe związki tego typu są bardzo słabo rozpuszczalne.

Wodne roztwory niektórych wodorotlenków nazywamy ZASADAMI.

Roztwory zasadowe tworzą te wodorotlenki, które mają dostatecznie dużą rozpuszczalność w wodzie i ulegają w niej rozpadowi na jony, czyli dysocjują

NaOH → Na⁺ + OH^-

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2 OH^-

Właściwości takie są charakterystyczne wyłącznie dla wodorotlenków litowców – LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH oraz niektórych berylowców – Ba(OH)₂, Sr(OH)₂, Ca(OH)₂. W przypadku wodorotlenków słabo rozpuszczalnych w wodzie dysocjują tylko w niewielkim stopniu, co prowadzi do ustalenia stanu równowagi faza stała – roztwór.

Moc wodorotlenków rośnie w grupach i maleje w okresach układu okresowego w miarę wzrostu liczby atomowej.

A czy wiesz, że zasadowy charakter cechuje także wodny roztwór amoniaku – NH₃ · H₂O, i pomimo, że nie istnieje wodorotlenek amonu, w wodnym roztworze tego związku, czyli wodzie amoniakalnej, zachodzi odwracalna reakcja 
NH₃ + H₂O \( \rightleftharpoons \) NH₄⁺ + OH^- , a pojawiające się jony wodorotlenkowe są odpowiedzialne za właściwości zasadowe roztworu.

Źródło: Oficyna Pazdro, Otrzymywanie amoniaku i badanie jego rozpuszczalności w wodzie: Doświadczenie 4 PC2, 26.05.2020
[dostęp: 22.12.2022]. Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=3yDReCiFJW4.

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

LiOH + HBr → LiBr + H₂O

• Reagują z tlenkami kwasowymi, tworząc sole

2 Fe(OH)₃ + 3 N₂O₅ → 2 Fe(NO₃)₃ + 3 H₂O

Ca(OH)₂ + SO₃ → CaSO₄ + H₂O

• Wodorotlenki metali lekkich reagują z solami metali ciężkich, tworząc słabo rozpuszczalne wodorotlenki tych metali

CuSO₄ + 2 NaOH → Cu(OH)₂↓  + Na₂SO₄

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → NaOH + CaCO₃↓

• Wodne roztwory mocnych wodorotlenków roztwarzają niektóre metale

2 Al + 6 NaOH + 6 H₂O → 2 Na₃[Al(OH)₆] + 3 H₂↑

• Ulegają rozkładowi termicznemu na odpowiedni tlenek i wodę

2 AgOH → Ag₂O + H₂O

Hg(OH)₂ → HgO + H₂O

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O

Źródło: Oficyna Pazdro, Otrzymywanie i rozkład termiczny wodorotlenku miedzi(II): Doświadczenie 4.9. ZP i 3.8. ZR, 02.10.2020 [dostęp: 22.12.2022]. 
Dostępne w YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=TP0ToUpOz6w.

• Reakcje wymiany dla wodorotlenków o charakterze amfoterycznym

Wodorotlenki amfoteryczne: Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Zn(OH)₂, As(OH)₃ – reagują zarówno z kwasami jak i z zasadami

Al(OH)₃ + 3 HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Na[Al(OH)₄] → NaAlO₂ + 2 H₂O

_________________
* Wykorzystano grafiki zamieszczone na Zintegrowanej Platformie Edukacyjnej.

Ikona (źródło): Reshot