水酸化物

このセクションでは、水酸化物について紹介します。水酸化物は化合物です。 OH-で表されます。二原子分子です。酸素と水素が1:1の割合で結合したものです。共有結合は、水素原子と酸素原子の間に作成されます。それは全体的に負に帯電した分子です。最も市販されている水酸化物は水酸化ナトリウムです。水は水酸化物イオンを構成します。水中で解離すると、溶媒和水酸化物イオンを出します。スウェーデンの科学者であるアレニウスは、水酸化物イオンに関して塩基を定義しました。彼は、溶媒中に水酸化物が存在すると、強塩基になると述べました。 pHが7を超える化合物はすべて塩基と呼ばれます。

塩は水酸化物イオンによって形成されます。水酸化物イオンは負電荷キャリアです。したがって、それらは正に帯電したイオンと結合を形成します。この結合により、イオン化合物が生じます。

プロパティ

• 名前 – 水酸化物
• 化学式 – OH-
• 分子量 – 17 g/mol
• 水酸化物の共役塩基 - アニオン性酸化物
• 水酸化物の共役酸 - H2O
• pH – 7 以上の高い
• 溶解度 – アルカリ以外はほとんど不溶です
• 類義語 – 水酸化物イオン、ヒドロキシル イオン、オキシダン化物
• 一般的な例 – 水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウム

名前に水酸化物を含む無機材料のほとんどは、イオン化合物ではありません。これにはヒドロキシ基が関与しています。ヒドロキシ基は-OH基です。ヒドロキシ基は中性原子です。水酸化物イオンはマイナスの電荷を持っています。ヒドロキシ基とヒドロキシル基の両方が求核剤です。どちらも触媒として機能します。

構造

これが水酸化物イオンの基本形です。酸素と水素の間には共有結合が存在します。電子の共有がある場合、共有結合が作成されます。

水素には原子価 1 があります。酸素の原子価は 2 です。水素からの 1 つの電子と酸素からの 1 つの電子が共有結合を形成します。酸素の残留電荷は化合物に引き継がれます。

関数

水酸化物イオンの主な機能は次のとおりです。

水酸化物イオンの基本的な性質

アレニウスは、水酸化物イオンに関して塩基を定義しました。彼は、溶媒中に水酸化物が存在すると、強塩基になると述べました。アレニウス塩基は、水溶液に溶解すると水酸化物イオンを生成できる任意の化合物です。

水に溶けるアンモニアを考えてみましょう。この反応を支配する方程式は、

NH3 + H2O → NH4+ + OH–

アンモニアが水に溶けると

水酸化物イオンを含む塩は塩基性塩と呼ばれます。これらの塩は、1 つまたは複数の水酸化物イオンを生成します。また、陽イオンを与えます。これらの塩基性塩は、酸と反応すると中和反応を起こします。

水が解離する様子を見てみましょう。

H2O =H+ + OH–

上記の式は、水がどのように解離するかを示しています。 1 つの水酸化物と 1 つの水素イオンが得られます。

水酸化物イオンの両性

酸または塩基として振る舞う化合物の能力は、両性化合物と呼ばれます。水酸化物イオンは、両性特性を示すことができます。それらは、ブレンステッド・ローリー塩基やルイス酸のように作用することができます.

両性の性質は、中心の金属原子が大きく荷電した金属水酸化物に見られます。このセグメントでは、水酸化アルミニウムが酸性および塩基性溶液とどのように反応するかを見ていきます。

• 酸性溶液と反応する両性水酸化物

水酸化アルミニウム[ Al(OH)3]は、両性水酸化物の最も一般的な例の1つです。 Al(OH)3 はほとんど水に溶けません。ただし、強酸性溶液には溶けます。 HCl と Al(OH)3 の反応を考えてみましょう:

HCl(aq) + Al(OH)3(aq) → AlCl3(aq) + 3H2O( l)

• 塩基性溶液と反応する両性水酸化物

次に、水酸化アルミニウムが塩基性溶液でどのように反応するかを見てみましょう。ここでは、NaOH のような強塩基を考えます。

これが反応の支配方程式です

Al(OH)3(aq) + OH–(aq) →Al(OH)4–(aq)

この反応では、Al(OH)3 が溶液から水酸化物イオンを取り出します。これによりルイス酸になります

無機水酸化物イオン

アルカリ金属水酸化物

NaOH と KOH 以外に、他のアルカリ金属の水酸化物イオンも有用です。たとえば、水酸化リチウムの pkb 値は -0.36 です。強力なベースです。潜水艦の呼吸ガスの浄化に使用できます。宇宙船では、CO2 を除去できます。

LiOH の反応式は

2LiOH + CO2 → Li2CO3 + H2O

アルカリ金属の水酸化物

水酸化ベリリウムはアルカリ金属水酸化物です。 Be(OH)2の化学式を持っています。両性水酸化物です。酸を加えた後、可溶性の加水分解生成物を形成します。ここでは水酸化物イオンは三量体です。

[Be3(OH)3(H2O)]3+

ホウ素族水酸化物

ホウ酸は、ホウ素グループの単純な水酸化物です。アルカリ土類金属水酸化物とは異なり、ホウ酸は水中で解離しません。水と反応するとプロトンを放出します。これにより、ルイス酸になります。

化学式 B(OH)3 のホウ酸

水との反応式は

B(OH)3 + H2O →B(OH)4– + H+

炭素族水酸化物

炭素元素は複合水酸化物を形成します。仮想化合物、メタンテトラオールを考えてみましょう。式メタンテトラオールはC(OH)4です。メタンテトラオールやオルト炭酸などの化合物は、水溶液中で不安定です。メタンテトラオールが水と反応する様子を見てみましょう:

C(OH)4 → HCO3–+ H3O+

HCO3–+ H+ → H2CO3

無水炭素は CO2 の別名です。それは炭酸の脱水によって形成されます。炭酸の式は次のとおりです。

H2CO3(OC(OH)2)

遷移金属水酸化物

遷移水酸化物と遷移後水酸化物は、+2 の酸化状態を持ちます。それらは水に溶けません。それらは不十分に定義されています。これらの水酸化物は、縮合して酸化物を形成します。このプロセスはオレーションと呼ばれます。水酸化銀の例を見てみましょう。化学式はAg(OH)です。 Ag(OH) は自然に Ag2O に分解します。酸化状態が+1の遷移金属も不安定です。同じことが遷移後の金属にも当てはまります。

遷移および遷移後金属水酸化物の基本方程式は

LnM(OH2) + B ⇆ LnM(OH) + BH+ (L=リガンド、B=ベース)

ここで、M は遷移金属です。

アプリケーション

• 燃料電池は水酸化物イオンを使用して製造されます。
• 消毒剤として使用できます。
• 食品の保存料としても利用されています。
• 強塩基性水酸化物である NaOH は、産業の多くのプロセスで使用されています。例:石鹸の製造
• 農業では、KOH が使用されます。
• 鉱石からアルミナを抽出するのに役立ちます。

結論

水酸化物は原子の単純なグループです。単純ですが、化学の基本です。 OH-で表します。アレニウスは、化合物の基本的な性質は、その中の水酸化物イオンの数に依存すると述べました。水酸化物イオンは、配位子、塩基、触媒、および求核剤として振る舞うことができます。水酸化物イオンも中和反応に参加します。一部の水酸化物は、酸と塩基の両方の特性を持つことができます。それらは両性水酸化物と呼ばれます。水酸化アルミニウムは、両性水酸化物の一例です。酸性溶液と塩基性溶液では反応が異なります。水酸化物イオンのいくつかの用途は、燃料電池を製造するための強力な塩基である消毒剤として使用されます。