Гидроксид-ион
Шаблон:Изомеры Гидроксид-ион (гидроксид-анион, гидроксильный ион) — отрицательно заряженный ион гидроксида OH−.
Гидроксид-ион изолированно существует в газовой фазе, находится в кристаллической решётке гидроксидов и основных солей, образуется в водных растворах в результате электролитической диссоциации воды или/и растворённых гидроксидов.
Наличие в водном растворе иона OH− в концентрациях, превышающих 10−7 моль/литр приводит к щелочной реакции раствора.
В реакциях комплексообразования гидроксид-ион может выступать в роли лиганда[1].
Рыхлая слоистая кристаллическая структура гидроксидов является следствием высокой поляризуемости и большого ионного радиуса гидроксид-аниона.
Ионные равновесия в газовой фазе
В газовой фазе имеет место равновесная реакция, характеризующая термическую устойчивость гидроксид-иона
- [math]\displaystyle{ \mathsf{OH^- \rightarrow OH + e^-} }[/math]
Зависимость константы равновесия (Kp) от абсолютной температуры (T)[2]:
| Т,к | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 5000 | 6000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Кр | 1,66 · 10−7 | 2,34 · 10−2 | 1,94 | 2,23 · 10 | 1,11 · 102 | 3,56 · 102 |
Электролитическая диссоциация оснований
При электролитической диссоциации оснований образуются катионы металла и общие для всех оснований ионы гидроксида:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{NaOH \rightleftarrows Na^+ + OH^-} }[/math]
- [math]\displaystyle{ \mathsf{Ba(OH)_2 \rightleftarrows Ba^{2+} + 2OH^-} }[/math]
Таким образом, основания можно определить как химические соединения, дающие в водном растворе гидроксид-ионы.
Электролитическая диссоциация оснований характеризуется константой диссоциации в водных растворах КB[3]:
| Основание | LiOH | NaOH | Ca(OH)2 | Sr(OH)2 | Ba(OH)2 | NH4OH |
|---|---|---|---|---|---|---|
| КB, при 25 °C | 6,75 · 10−1 | 5,9 | 4,3 · 10−2 | 1,5 · 10−1 | 2,3 · 10−1 | 1,79 · 10−5 |
Химические свойства гидроксид-иона
Основной реакцией, в которой принимает участие гидроксид-ион, является реакция нейтрализации кислот и оснований:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O} }[/math]
или в ионном виде:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{OH^- + H^+ \rightarrow H_2O} }[/math]
Последнее выражение представляет собой общее уравнение реакций нейтрализации и показывает, что во всех случаях, когда ионы H+ встречаются с ионами гидроксида OH-, они соединяются в почти недиссоциированные молекулы воды. В реакции гидроксид-ион проявляет свойства нуклеофила — электроизбыточного химического реагента, способного взаимодействовать с электрофилами (электронодефицитными соединениями) по донорно-акцепторному механизму, приводящему к образованию ковалентной химической связи.
Гидроксид-ион принимает участие в реакциях бимолекулярного нуклеофильного замещения. Например, атом кислорода гидроксид-иона донирует пару электронов на связывание с атомом углерода в молекуле бромэтана:
Типичные реакции нуклеофильного замещения:
- Образование спиртов из галогенуглеводородов:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{C_2H_5Br + OH^- \rightarrow C_2H_5OH + Br^-} }[/math]
- Образование кетонов:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{CH_3CBr_2CH_3 + 2OH^- \rightarrow (CH_3)_2O + 2Br^- + H_2O} }[/math]
- Образование карбоновых кислот:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{CH_3CCl_3 + 3OH^- \rightarrow CH_3COOH + 3Cl^- + H_2O} }[/math]
- Омыление сложных эфиров:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{CH_3COOC_2H_5 + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + C_2H_5OH} }[/math]
Примечания
- ↑ Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ: справочник. — М.: Дрофа, 2006. — С. 595-596.
- ↑ Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.—Л.: «Химия», 1964. — Т. 3. — С. 75. — 1008 с.
- ↑ Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп.. — М.—Л.: «Химия», 1964. — Т. 3. — С. 81. — 1008 с.
Литература
- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1 (Абл-Дар). — 623 с.