Введение.

    В настоящее время человечество настолько  приспособилось к жизни, что мысли  о происхождении многих вещей, и веществ из которых они состоят, посещают нас не часто. А ведь это очень ценные знания, которые широко применяются в науке и технике. Знание свойств и природы вещества помогают человеку получать требуемые соединения с наименьшими затратами времени и ресурсов. Моя работа посвящена изучению свойств и способов получения таких соединений, как щелочи. Важное химическое свойство щелочей — способность образовывать соли в реакции с кислотами, поэтому их применяют в огромном множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд. Более того, не смотря на «агрессивность» щелочей, они могут использоваться и при приготовлении пищи.

    Цель  моей работы – определить значимость получения и применения щелочей в промышленности.

      Задачи:

    - изучить физические и химические свойства щелочей;

    - рассмотреть реакции взаимодействия  их с другими веществами;

    - разобрать способы получения щелочей в лабораторных условиях и в производстве (на конкретном примере гидроксида натрия);

    1.Щелочи.

    Если  вещество содержит гидрокси-группы (ОН), которые могут отщепляться (подобно  отдельному "атому") в реакциях с другими веществами, то такое вещество является основанием. Существует много оснований, которые состоят из атома какого-либо металла и присоединенных к нему гидрокси-групп.

    Гидрокси-группы одновалентны, поэтому формулу основания  легко составить по валентности  металла. К химическому символу металла надо приписать столько гидрокси-групп, какова валентность металла. Большинство оснований – ионные соединения. Таким образом, основаниями называются вещества, в которых атомы металла связаны с гидрокси-группами.

    Основания бывают растворимыми и нерастворимыми. Растворимые основания называются щелочами.

    Щелочи  составляют лишь небольшую часть  всех оснований. К щелочам относятся  гидроксиды металлов подгрупп Iа и IIа  периодической системы, например NaOH – гидроксид натрия (едкий натр), KOH – гидроксид калия (едкое кали), Ca(OH)2 – гидроксид кальция или гашеная известь (его раствор называется известковой водой), Ba(OH)2 – гидроксид бария (едкий барит). Едкие щелочи — тривиальное название гидроксидов лития LiOH, натрия NaOH, калия КОН, рубидия RbOH, и цезия CsOH. 
 К щелочам иногда относят соли сильных оснований и слабых кислот, водные растворы которых имеют щелочную реакцию, например гидросульфиды NaSH и KSH, карбонаты Na₂СО₃, а также ТlОН, аммиачную воду.

    Получают щелочи: электролизом хлоридов щелочных металлов, обменными реакциями между солями щелочных металлов и гидроксидами щелочно-земельных металлов; действием воды на оксиды щелочно-земельных металлов.

    Щёлочи  широко применяются в промышленности. Важное химическое свойство щелочей  — способность образовывать соли в реакции с кислотами. 
Щелочи, создают в водном растворе большую концентрацию ионов ОН^-.

    Обычно  к щелочам относят гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. Щелочные металлы- химические элементы главной подгруппы 1 группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева: Li - литий,   Na - натрий, K - калий, Rb - рубидий ,   Сs- цезий, Fr - франций. Атомы щелочных металлов имеют на внешней оболочке по 1 s - электрону, а на предшествующей - 2 s  и 6 р- электронов ( кроме лития). Степень окисления щелочных металлов  в соединениях всегда равна  + 1.Щелочные металлы в химических соединениях очень активны - быстро окисляются кислородом воздуха, бурно реагируют с водой, образуя щёлочи. Характерной особенностью строения атомов щелочных металлов является наличие одного электрона на внешнем электронном уровне. Благодаря этому все они с легкостью отдают электрон, переходя к законченной электронной оболочке предыдущего уровня, являясь очень сильными восстановителями. Хотя щелочные металлы чрезвычайно распространены на Земле, в природе они существуют исключительно в виде соединений из-за высокой восстановительной активности.

     Na, K открыты Гемфри Дэви в 1807 г., впервые начавшим широко применять  электролиз.

    Li — Йоханн Арфведсон (Швеция, 1817),

     Rb — Р. Бунзен, Г. Кирхгофф (Германия, 1861),

     Cs — Р. Бунзен, Г. Кирхгофф (Германия, 1860),

    Fr — М. Пере (Франция, 1939).

    Щелочные  металлы — мягкие (натрий режется  ножом, как сливочное масло, остальные  несколько жестче) металлы серебристо-белого до серого цвета (цезий - желтый)с характерным блеском, очень быстро тускнеющие на воздухе. Легкоплавки и подвижны. Агрессивны, взрывоопасны (хранятся в атмосфере инертного газа или под слоем керосина).

     Гидроксиды щелочных металлов - едкие щелочи - хорошо растворимы в воде (хуже - LiOH), гидроксиды щелочно-земельных металлов - плохо. Едкие щёлочи представляют собой твердые, белые, очень гигроскопичные вещества. Щёлочи - сильные основания, очень хорошо растворимые в воде, причём реакция сопровождается значительным тепловыделением. Щёлочность (основность) определяется валентностью металла, радиусом внешней электронной оболочки и электрохимической активностью: чем больше радиус электронной оболочки (увеличивается с порядковым номером), тем легче металл отдает электроны, и тем выше его электрохимическая активность и тем левее располагается элемент в ряду электрохимической активности металлов, в котором за ноль принята активность водорода.

    Кроме того, едкие щёлочи растворимы в  этаноле и метаноле. Едкие щелочи (за исключением LiOH) термически устойчивы до температуры выше 1000 °С, гидроксиды щелочно-земельных металлов и LiOH разлагаются при более низких температурах.  
Щелочи жадно поглощают из воздуха воду, СО₂, SO₂, H₂S и NO₂. Если не принимать мер предосторожности, они всегда будут содержать кристаллизационную воду, примесь карбоната, суьфата, сульфида, нитрата и нитрита. Для обезвоживания щелочи нагревают в атмосфере, свободной от СО₂, едкие щелочи освобождают от примеси карбоната перекристаллизацией из этанола. Водные растворы едких щелочей разрушают стекло, расплавы - фарфор и платину. Плавят едкие щелочи в сосудах из серебра, никеля или железа, хранят в полиэтиленовых сосудах. Растворы едких щелочей нельзя долго хранить в стеклянных сосудах с пришлифованными стеклянными пробками и кранами, которые прилипают к шлифу вследствие взаимодействия щелочи со стеклом.

    Под действием едких щелочей кожа человека сильно разбухает и становится скользкой; при более продолжительном действии образуется очень болезненный глубокий ожог. Твердые щелочи  и их концентрированные растворы разрушают живые ткани, особенно опасно попадание частиц твердой щелочи в глаза (работать с ними рекомендуется в защитных очках).  
Щелочи хорошо растворимы в воде, и химики чаще имеют дело с водными растворами щелочей. Если раствор щелочи все-таки попал в лицо, необходимо промыть глаза большим количеством воды, а затем разбавленным раствором слабой кислоты (например, уксусной). Этот способ медицинской помощи основан на реакции нейтрализации.

    Рассмотрим  типичные реакции нейтрализации  между щелочью и кислотой при помощи структурных формул:

    Пунктирными линиями показаны наиболее слабые химические связи в основании и кислоте, которые разрываются в реакциях нейтрализации. Такая схема наглядно показывает различие между кислотами и основаниями: кислоты склонны отщеплять атомы водорода, а основания – гидрокси-группы.

    В реакцию нейтрализации с кислотами легко вступают все основания, а не только щелочи.

    Разные  основания имеют разную способность  отщеплять гидрокси-группы, поэтому  их, подобно кислотам, подразделяют на сильные и слабые основания. В таблице сила оснований уменьшается сверху вниз в каждой колонке.

    Таблица. Классификация оснований по силе.

    Но  не следует путать силу основания и его растворимость. Например, гидроксид кальция – сильное основание, хотя его растворимость в воде не велика. В данном случае сильным основанием (щелочью) мы называем ту часть гидроксида кальция, которая растворена в воде. Основными методами определения щелочей в растворах являются реакции на гидроксильную группу (OH-). Растворы щелочей окрашивают индикаторы: лакмус – в синий цвет, фенолфталеин – в малиновый цвет. Индикатор метиловый оранжевый (или метилоранж) в растворах щелочей имеет желтый цвет. Чем больше гидроксилов находится в растворе, тем сильнее щелочь и тем интенсивнее окраска индикатора.

    1.1.Гидроксиды бария, калия и кальция.

    Гидроксид бария (едкий барит)

     Ba(OH)₂ – основной гидроксид бария. Хорошо растворим в воде, при растворении получается баритовая вода. Образует кристаллогидрат Ba(OH)₂•8H₂O.

    Гидрокси́д  ка́лия.(рис.1)

    Гидрокси́д  ка́лия (лат. Potassium hydroxide, «калиевый щёлок») — KOH.

    Тривиальные названия: едкое кали, каустический поташ.

    Бесцветные, очень гигроскопичные кристаллы. Водные растворы КОН имеют сильнощелочную реакцию. Получают электролизом растворов KCl, применяют в производстве жидких мыл, для получения различных соединений калия.

    Каустический  поташ (едкое кали). Соединения калия менее распространены и поэтому более дороги, чем соответствующие соединения натрия. Они применяются только в тех случаях, когда необходим присущий им комплекс физико-химических свойств, не обеспечиваемый соединениями натрия. Гидроксид калия KOH, в обиходе называемый каустическим поташем, не является исключением из этого правила. Подобно каустической соде, каустический поташ можно получить путем обработки раствора карбоната калия K₂CO₃ гашеной известью Ca(OH)₂ или электролизом раствора хлорида калия. Этот материал продается в виде массивных блоков, хлопьевидной массы, гранул или небольших кусков, а также 40 и 50%-х растворов.

    Главная область применения гидроксида калия  – производство мягкого мыла. Смеси  калиевых и натриевых мыл используются для получения жидких мыл, моющих средств, шампуней, кремов для бритья, отбеливателей и некоторых фармацевтических препаратов. Другая важная область применения каустического поташа – производство различных солей калия. Например, перманганат калия получают путем сплавления диоксида марганца с каустическим поташем и последующего окисления образовавшегося манганата калия в электролизной камере. Дихромат калия можно получить аналогичным способом, хотя чаще его изготовляют сплавлением тонко измельченной хромитной руды (FeO × Cr₂O₃) с карбонатом или гидроксидом калия и воздействием на полученный хромат кислотой с образованием дихромата калия. Каустический поташ также применяют вместе с каустической содой в производстве многих красителей и других органических соединений.