Кіріспе
Гидроксид – OH− химиялық формуласы бар екіатомды анион. Ол бір ковалентті байланыс арқылы байланысқан оттегі және сутек атомдарынан тұрады және теріс электр зарядына ие. Бұл судың маңызды, бірақ көбінесе шағын құрамдас бөлігі. Ол негіз, лиганд, нуклеофил және катализатор қызметін атқарады. Гидроксид ионы тұздарды түзетінді, олардың кейбіреулері сулы ерітіндіде диссоциацияланып, сольватталған гидроксид иондарын бөліп шығарады. Натрий гидроксиді – жылдық миллиондаған тонна көлемінде өндірілетін химиялық зат. Сәйкес электрлік бейтарап HO• қосылысы – гидроксил радикал. Атомдардың ковалентті байланыстағы –OH тобы гидрокси тобы деп аталады. Гидроксид ионы мен гидрокси тобы екеуі де нуклеофилдер болып табылады және органикалық химияда катализаторлар ретінде әрекет ете алады. Атауларында гидроксид сөзі бар көптеген бейорганикалық заттар гидроксид ионының иондық қосылыстары емес, гидрокси топтарын қамтитын ковалентті қосылыстар болып табылады.
Дәрелістік спектрлер
OH функционалдық тобын қамтитын қосылыстардың инфрақызыл спектрлері 3500 см⁻¹ шамасындағы аймақта күшті сіңіру жолақтарын көрсетеді. Молекулалық тербелістің жоғары жиілігі сутек атомының массасы оттегі атомының массасымен салыстырғанда кішкентай болуының салдарынан туындайды, бұл гидроксилдік топтарды инфрақызыл спектроскопиясымен анықтауды салыстырмалы түрде жеңілдетеді. OH тобынан туындаған жолақ әдетте өткір болады. Дегенмен, OH тобы сутекті байланысқа қатысқанда жолақтың ені артады. Су молекуласының HOH иілу тербелісі шамамен 1600 см⁻¹ жиілікте болады, сондықтан осы жолақтың болмауы OH тобын су молекуласынан ажыратуға мүмкіндік береді. OH тобы координациялық кешендегі металл ионымен байланысқанда M-OH иілу тербелісін байқауға болады. Мысалы, [Sn(OH)₆]²⁻ ионында ол 1065 см⁻¹ жиілікте кездеседі. Көпірлік гидроксидтің иілу тербелісі [(бипиридин)Cu(OH)₂Cu(бипиридин)]²⁺ (955 см⁻¹) сияқты төмен жиілікте болады. M-OH созу тербелісі шамамен 600 см⁻¹ төмен жиілікте пайда болады. Мысалы, тетраэдрлік [Zn(OH)₄]²⁻ ионы 470 см⁻¹ (Раман белсенді, поляризацияланған) және 420 см⁻¹ (инфрақызыл) жиіліктерінде жолақтарды көрсетеді. Осы ионда сондай-ақ (HO)–Zn–(OH) иілу тербелісі 300 см⁻¹ жиілікте байқалады.
Қолданбалар
Натрий гидроксидінің ерітінділері, сондай-ақ лаги және каустикалық сода деп аталады, қағаз және целлюлоза, тоқыма, ішуге жарамды су, сабын және жуғыш заттар өндірісінде, сондай-ақ ағындарды тазартатын құрал ретінде қолданылады. 2004 жылы әлемдік өндіріс шамамен 60 миллион тоннаны құрады. Өндірістің басты әдісі – хлоралкали процесі. Гидроксид ионын қамтитын ерітінділер әлсіз қышқылдың тұзы суға еріген кезде пайда болады. Мысалы, натрий карбонаты сілті ретінде қолданылады, CO32− + H2O ⇌ HCO3− + OH− (pKa2= 10.33 25 °C температурада және иондық күшінсіздікте) гидролиз реакциясы арқылы. Натрий карбонатының ерітінділерінің негіздік күші концентрацияланған натрий гидроксидінің ерітіндісінен төмен болғанымен, оның қатты күйде болуы артықшылық береді. Ол Solvay процесі арқылы да кең көлемде (2005 жылы 42 миллион тонна) өндіріледі. Натрий карбонатын сілті ретінде қолданудың мысалы – сода (натрий карбонатының тағы бір атауы) ерімейтін эфирлерге, мысалы, триглицеридтерге (көбінесе майлар деп аталады), оларды гидролиздеу және ерігіш ету үшін әрекет етеді. Боксит – алюминийдің негізгі гидроксиді және металл өндірілетін басты кен. Сол сияқты, гоетит (α FeO(OH)) және лепидокрозит (γ FeO(OH)) – темірдің негізгі гидроксидтері, металл темір өндірісінде қолданылатын басты кендердің қатарында.
CO32− + H2O HCO3− + OH− (pKa2= 10.33 at 25 °C and zero ionic strength)
Although the base strength of sodium carbonate solutions is lower than a concentrated sodium hydroxide solution, it has the advantage of being a solid. It is also manufactured on a vast scale (42 million tonnes in 2005) by the Solvay process. An example of the use of sodium carbonate as an alkali is when washing soda (another name for sodium carbonate) acts on insoluble esters, such as triglycerides, commonly known as fats, to hydrolyze them and make them soluble. Bauxite, a basic hydroxide of aluminium, is the principal ore from which the metal is manufactured. Similarly, goethite (α FeO(OH)) and lepidocrocite (γ FeO(OH)), basic hydroxides of iron, are among the principal ores used for the manufacture of metallic iron.
Өтпелі және өтпелі металдар
Өтпелі металдар мен өтпелі металдардан кейінгі металдардың гидроксидтері әдетте +2 (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) немесе +3 (M = Fe, Ru, Rh, Ir) тотығу күйінде болады. Олардың ешқайсысы суда ерімейді, ал көптегені анықталмаған. Гидроксидтердің бір қиындығы – олация деп аталатын процесте, олардың тотықтарға одан әрі конденсациялануға бейімділігі. +1 тотығу күйіндегі металдардың гидроксидтері де анықталмаған немесе тұрақсыз. Мысалы, күміс гидроксиді Ag(OH) өздігінен тотықтарға (Ag2O) ыдырайды. Мыс(I) және алтын(I) гидроксидтері де тұрақсыз, бірақ CuOH және AuOH аддукттарының тұрақты екені белгілі. M(OH)2 және M(OH)3 полимерлік қосылыстары әдетте тиісті металл катиондарының сулы ерітінділерінің pH деңгейін гидроксид ерітіндіден түсетінше арттыру арқылы дайындалады. Керісінше, гидроксидтер қышқыл ерітіндіде ериді. Цинк гидроксиді Zn(OH)2 амфотерлі, күшті сілтілік ерітіндіде тетрагидроксидцинкат ионы Zn(OH)42− құрайды.
Гидроксидті құрайтын негізгі тұздар
Кейбір жағдайларда жоғарыда сипатталған металл ионының ішінара гидролизінің өнімдері кристалдық қосылыстарда кездеседі. Соның көрнекті мысалы – цирконий(IV). Жоғары тотығу күйіне байланысты Zr4+ тұздары тіпті төмен pH-да суда кеңінен гидролизделеді. Алғашында ZrOCl2·8H2O ретінде белгіленген қосылыс, тетрамерлі катионның хлорид тұзы [Zr4(OH)8(H2O)16]8+ екені анықталды, онда Zr4+ иондарынан тұратын квадрат бар, әрбір жағында Zr атомдары арасында көпір болып табысқан екі гидроксид тобы және әр Zr атомына бекітілген төрт су молекуласы бар. Минерал малахит – негізгі карбонаттың классикалық мысалы. Формуласы Cu2CO3(OH)2 оның мыс карбонаты мен мыс гидроксиді арасындағы аралық жағдайды көрсетеді. Бұрын бұл формула CuCO3·Cu(OH)2 деп жазылатын. Кристалл құрылымы мыс, карбонат және гидроксид иондарынан тұрады. Мыс гидроксифосфат (либетенит), арсенат (оливенит), сульфат (брокантит) және нитрат қосылыстарын жасайды. Ақ қорғасын – қорғасын негізгі карбонаты (PbCO3)2·Pb(OH)2, оның мөлдір емес қасиеттеріне байланысты ақ пигмент ретінде қолданылған, бірақ қазірде пайдалануы шектеулі, себебі ол қорғасынмен улануға себеп болуы мүмкін. Ол 300°C төмен температурада моноклинді бұрмаланған натрий хлориді құрылымында біртіндеп қатаяды. OH топтары тіпті бөлме температурасында да өз симметриялық өсінің айналысында айналады, сондықтан оларды рентгендік дифракция арқылы анықтау мүмкін емес. NaOH бөлме температурасындағы түрі таллий йодидінің құрылымын ұстанады. Дегенмен, LiOH қабатты құрылымға ие, ол тетраэдрлі Li(OH)4 және (OH)Li4 бірліктерінен тұрады. Бұл LiOH-тың ерітіндідегі нашар негіздік сипатына сәйкес келеді, бұл Li–OH байланысының жоғары коваленттік сипатын көрсетеді. Гидроксид ионы еківалентті металдар Ca, Cd, Mn, Fe және Co гидроксидтерінде цилиндрлік симметрияны көрсетеді. Мысалы, магний гидроксиді Mg(OH)2 (бруцит) магний және гидроксид иондарының тығыз жиналуымен кадмий йодидінің қабатты құрылымын кристалдайды. Амфотерлік гидроксид Al(OH)3 төрт негізгі кристалдық түрге ие: гиббсит (ең тұрақты), баерит, нордстрандит және дойлеит. Бұл полиморфтардың барлығы гидроксид иондарының қос қабаттарынан тұрады, алюминий атомдары екі қабат арасындағы октаэдрлік қуыстардың үштен екісінде орналасқан және тек қабаттардың жиналу ретімен ғана ерекшеленеді. Құрылымы бруциттің құрылымына ұқсас. Алайда, бруциттің құрылымын гиббситте тығыз жиналған құрылым ретінде сипаттауға болады, ал бір қабаттың төменгі жағындағы OH топтары төменгі қабаттың топтарына сүйенеді. Бұл орналасу көршілес қабаттардағы OH топтары арасында бағытталған байланыстар бар деген болжамға әкелді. Бұл сутекті байланыстың ерекше түрі, себебі екі гидроксид ионының бір-бірінен қашықтауы күтіледі. Сутек атомдары α-AlO(OH) (диаспора) бойынша нейтронды дифракциялық эксперименттер арқылы анықталды. O–H–O арақашықтығы өте қысқа, 265 пм; сутек оттегі атомдары арасында симметриялы емес және қысқа OH байланысы O–O сызығымен 12° бұрыш жасайды. Сутекті байланыстың ұқсас түрі басқа амфотерлік гидроксидтер үшін де ұсынылған, соның ішінде Be(OH)2, Zn(OH)2 және Fe(OH)3. Қабатты қос гидроксидтер формуламен бейнеленеді. Көбінесе z = 2, ал M2+ = Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ немесе Zn2+; сондықтан q = x.
Органикалық реакцияларда
Калий гидроксиді және натрий гидроксиді органикалық химияда кеңінен танымал реагенттер.