Faraday I. törvénye: az elektrolízis során átalakult anyag anyagmennyisége (illetve tömege) egyenesen arányos a rendszeren áthaladt elektromos töltésmennyiséggel:
10. A SZERVETLEN KÉMIA ALAPJAI
10.1. A szervetlen vegyületek csoportosítása
A szervetlen vegyületeket többféleképpen csoportosíthatjuk. Egy kézenfekvő csoportosítás a periódusos rendszerben elfoglalt helyük alapján történhet. Egy másik lehetőség, ha az elemi összetétel alapján végezzük a csoportosítást. Bizonyos tulajdonságok, például sav-bázis jellemzők alapján is kategorizálhatjuk a különféle vegyületeket.
Csoportosítás a periódusos rendszer alapján:
– s-mező elemeinek vegyületei:
» alkálifémek vegyületei
» alkáliföldfém vegyületek – p-mező elemeinek vegyületei:
» bórvegyületek, földfémvegyületek stb.
» szénvegyületek, szilíciumvegyületek stb.
» nitrogénvegyületek, foszforvegyületek stb. (pniktogén-vegyületek)
» oxigénvegyületek, kénvegyületek stb. (kalkogén-vegyületek)
» halogénvegyületek
» nemesgázok vegyületei
– d-mező elemeinek (átmenetifémek) vegyületei
– f-mező elemeinek (lantanidák és aktinidák) vegyületei.
Az alkotóelemek, elemi összetételük szerinti csoportosítás. A legfontosabb vegyületcsoportok a bennük található anion alapján:
– Hidridek: hidrogént tartalmazó vegyületek.
Vannak kovalens hidridek [például hidrogén-klorid (HCl), víz (H2O), kén-hidrogén (H2S), ammónia (NH3), metán (CH4)] és sószerű hidridek [például nátrium-hidrid (NaH), alumínium-hidrid (AlH3)]. (Léteznek még a d-mező egyes elemeivel fémes – más néven intersticiális – hidridek is.) Vigyázzunk! A hidrid jelentést kétféle értelemben használjuk: egyrészt mint vegyületcsoportot (hidrogénnel alkotott vegyület), másrészt mint a hidridiont tartalmazó vegyületek, ide csak a hidrogént anionként tartalmazó sók tartoznak.
– Halogenidek: olyan halogéntartalmú (F, Cl, Br, I) vegyületek, melyben a halogenidion (egyszeresen negatív töltésű ion: F−, Cl−, Br−, I−) található.
Az atomok közötti kötés szerint lehetnek ionosak [sószerű halogenidek, például nátrium-fluorid (NaF), kalcium-klorid (CaCl2), kálium-bromid (KBr)], felépülhetnek kovalens molekulákból [kovalens halogenidek, például hidrogén-jodid (HI), foszfor-triklorid (PCl3), kén-hexafluorid (SF6)] és átmeneti kovalens-ionos jellegűek [például ezüst(I)-klorid (AgCl), vas(III)-fluorid (FeF3)].
o fluoridok:
például: kalcium-fluorid (CaF2), hidrogén-fluorid (HF), bór-trifluorid (BF3), jód(VII )-heptafluorid (IF7)
o kloridok:
például: kálium-klorid (KCl), magnézium-klorid (MgCl2), ón(IV)-klorid (SnCl4), kén-diklorid (SCl2), foszfor-triklorid (PCl3)
o bromidok:
például: nátrium-bromid (NaBr), nikkel(II)-bromid (NiBr2), hidrogén-bromid (HBr), ezüst(I)-bromid (AgBr)
o jodidok:
például: kálium-jodid (KI), hidrogén-jodid (HI), higany(II)-jodid (HgI2), ólom(II )-jodid (PbI2)
– Oxidok: (formálisan) oxidiont (O2−) tartalmazó vegyületek.
Ismerünk savas, bázisos és amfoter oxidokat, ám van olyan oxid, melyet nem lehet egyik kategóriába sem besorolni (ezeknek a semleges oxidoknak is nevezett vegyületeknek nincs sem savas, sem bázisos karakterük, például a szén-monoxid).
o savas oxidok: ezek vízzel reagálva savakat képeznek. Általában a nemfémes (elektronegatív) elemek kovalens kötésű oxidjai tartoznak ide.
SO2 + H2O ⇄ HSO3−
+ H+
például: szén-dioxid (CO2), kén-dioxid (SO2), foszfor-pentoxid (P2O5, valójában P4O10
molekulákból áll), dinitrogén-pentoxid (N2O5).
o bázisos oxidok: vízzel reagálva bázisokat (lúgokat) képeznek. Rendszerint a fémes oxidok (elektropozitív elemek oxidjai) tartoznak ide, ezekben a kötés rendszerint ionos.
Na2O + H2O = 2 NaOH
például: nátrium-oxid (Na2O), kalcium-oxid (CaO), lítium-oxid (Li2O).
o amfoter oxidok: erős savakkal bázisként, erős bázisokkal savként viselkednek.
Gyakran az átmeneti és másodfajú fémek oxidjai amfoterek.
ZnO + H+ ⇄ Zn2+ + H2O ZnO + 2 OH− + H2O ⇄ [Zn(OH)4]2−
például: cink-oxid (ZnO), víz (H2O), alumínium-oxid (Al2O3).
– Hidroxidok: hidroxidion-tartalmú (OH−) vegyületek.
például: nátrium-hidroxid (NaOH), réz(II)-hidroxid [Cu(OH)2], vas(III)-hidroxid [Fe(OH)3].
– Karbonátok: karbonátiont (CO32−) tartalmazó vegyületek. Ezekkel rokon vegyületek a hidrogén-karbonátok (HCO3−
)
például: nátrium-karbonát (Na2CO3), kálium-hidrogén-karbonát (KHCO3)
– Szulfátok: szulfátiont (SO42−) tartalmazó vegyületek. (Ismertek hidrogén-szulfátok is: ezek HSO4−
- iont tartalmaznak)
például: alumínium-szulfát [Al2(SO4)3], ammónium-hidrogén-szulfát (NH4HSO4), vas(II )-szulfát (FeSO4).
– Nitrátok: nitrátiont (NO3−) tartalmazó vegyületek
például: magnézium-nitrát [Mg(NO3)2], króm(III)-nitrát [Cr(NO3)3], ezüst(I)-nitrát (AgNO3).
– Foszfátok: foszfátiont (PO43−) tartalmazó vegyületek. Ismerünk hidrogén-foszfátokat és dihidrogén-foszfátokat is
például: nátrium-foszfát (Na3PO4), kalcium-dihidrogén-foszfát [Ca(H2PO4)2], diammónium-hidrogén-foszfát [(NH4)2HPO4].
– Szulfidok: szulfidiont (S2−) tartalmazó vegyületek
például: nátrium-szulfid (Na2S), alumínium-szulfid (Al2S3), vas(II)-szulfid (FeS), arzén(v)-szulfid (As2S3).
– Szulfitok: szulfitiont (SO32−) tartalmazó vegyületek. A hidrogén-szulfitok HSO3−-iont tartalmaznak.például: nátrium-szulfit (Na2SO3), kálium-hidrogén-szulfit (KHSO3).
– Számos egyéb vegyületcsoport ismert: borátok (például nátrium-tetraborát: Na2B4O7, nitridek (például lítium-nitrid: Li3N), karbidok (például kalcium-karbid: CaC2, szilícium-karbid: SiC), nitritrek (például nátrium-nitrit: NaNO2), cianidok (például kálium-cianid: KCN), ezekkel részlegesen majd a későbbi szervetlen kémiai tanulmányok során foglalkozunk.
A legfontosabb szervetlen vegyületekkel az alábbi csoportosítás szerint ismerkedünk meg:
– savak, – bázisok, – sók,
– komplex vegyületek.
10.2. Savak
Savak: a Brønsted–Lowry sav-bázis elmélet szerint savaknak nevezzük azon anyagokat, melyek H+ -iont (hidrogén-iont vagy protont) -iont tudnak leadni (protondonorok).
[Emlékeztetőül: Arrhenius definíciója szerint savnak tekintjük azon vegyületeket, melyekből vízben H3O+-ionok (oxóniumionok) és savmaradék anionok keletkeznek.]
Savanhidridnek nevezzük az a vegyületet, melyet vízzel reagáltatva savat (oxosavat) kapunk. Az oxodavak anhidridjei rendszerint elektronegatív (nagy elektronegativitású) elemek – kovalens – oxidjai.
Például a kén-trioxid a kénsav anhidridje: SO3 + H2O = H2SO4.
Ismerünk pszeudo-savanhidrideket (nem valódi savanhidridek) is, ilyen például a szén-monoxid (CO), mely a hangyasav (HCOOH) anhidridjének tekinthető.
A sav disszociációjának vagy deprotonálódásnak nevezzük azt a folyamatot, mely során a savból H+-ion és savmaradék anion keletkezik:
HA ⇄ H+ + A−. A savak lehetnek egybázisúak és többázisúak:
Egybázisú vagy egyértékű sav: egyszeresen deprotonálható, egyetlen hidrogénjét lehet eltávolítani, fémmel helyettesíteni.
Erre példa a sósav (HCl), a hidrogén-cianid (HCN).
Többázisú vagy többértékű sav: egynél több hidrogénjét lehet fémre cserélni.
Például: kénsav (H2SO4), foszforsav (H3PO4).
Bizonyos esetekben a sav tartalmazhat olyan hidrogéneket is, melyeket nem lehet vizes közegben eltávolítani. Erre egy érdekes példa a foszforossav, melynek képlete H3PO3. A hidrogénatomok számából arra következtethetünk, hogy a sav háromértékű, ám a kísérletek alapján csak kétértékű:
H2[HPO3]. A sav szerkezetén jól megfigyelhető, hogy az egyik hidrogén (proton) közvetlenül a foszforatomhoz kapcsolódik, így nem távolítható el:
O P H OHOH
O P H OO
2
2 H+ +
A savakat csoportosíthatjuk erősségük alapján is: vannak erős, középerős, gyenge és igen gyenge savak (lásd a Kémiai egyensúlyok fejezetet).
Oxosavak: hidrogénen és egy másik (gyakran nemfémes) elemen kívül is oxigént is tartalmaz. A hidrogén atom (vagy atomok) rendszerint nem közvetlenül kapcsolódik (kapcsolódnak) a nemfémes elemhez, hanem oxigénatomhoz kapcsolódnak. Az így létrejövő OH-csoportot hidroxilcsoportnak nevezzük (a lenti ábrán vastagon szedve látható). Az oxosavaknak rendszerint van savanhidridjük.
Például: salétromsav (HNO3), kénsav (H2SO4), foszforsav (H3PO4), vannak azonban átmeneti fémeknek is oxosavai is: permangánsav (HMnO4).
HO N O O
O O S OHOH
O P HO OHOH
O O MnOH
O
salétromsav kénsav foszforsav permangánsav
Savgyök: egy (vagy több) hidroxilcsoport eltávolításával keletkező gyök. Például az ecetsavból az OH-gyököt eltávolítva acetilgyököt (CH3CO) kapunk.
További példák:
Tionilgyök: a kénessav két OH-csoportjának eltávolításával keletkezik (SO). Szokás szulfinilgyöknek is nevezni.
Szulfurilgyök: a kénsav két OH-csoportjának eltávolításával keletkezik (SO2). Újabb elnevezési szabályok szerint szulfonilgyöknek is nevezik.
Hidrogén-halogenidek és rokon vegyületek: hidrogént (hidrogéneket) és egy (vagy több) nemfémes elemet tartalmazó, kovalens kötésű vegyületek. A bennük lévő nemfémnek általában nagy az elektronegativitása (pl. F, Cl, stb.). Ezen savaknak nincs savanhidridjük, nem oxosavak.
Például: hidrogén-klorid (HCl, vizes oldata a sósavoldat), hidrogén-fluorid vagy folysav (HF), kén-hidrogén vagy kén-hidrogén-szulfid (H2S), hidrogén-cianid (HCN).
H Cl H F H S
H H C N
hidrogén-klorid hidrogén-fluorid hidrogén-szulfid hidrogén-cianid Továbbá ismerünk egyéb savfajtákat is, ilyenek a komplex savak (például tetraflouro-bórsav H[BF4], hexafluoro-foszforsav H[PF6], hexafluoroantimonsav H[SbF6], ez utóbbi egy rendkívül erős szupersav), tiosavak (egy oxosav egy vagy több oxigénjét kénnel helyettesítjük, például tiokénsav:
H2S2O3), stb.
F B F FF
H+ P
F
F F
F F
F
H+ Sb
F
F F
F F
F
H+
S S O OHOH
tertafluoro-bórsav hexafluoro-foszforsav hexafluoro-antimonsav tiokénsav A legfontosabb szervetlen savak:
Hidrogén-klorid (HCl)
- Egyértékű (hidrid típusú) erős sav.
- Színtelen, szúrós szagú gáz, vízben kiválóan oldódik (lásd szökőkútkísérlet).
- Vizes oldatát sósavnak nevezzük.
- A tömény sósavoldat kb. 36 tömeg%-os, levegőn füstölög.
- Előállítás: többnyire szerves anyagok klórozásának mellékterméke.
- Sói a kloridok (például kalcium-klorid: CaCl2).
- Nincs savanhidridje (nem oxosav).
- A hidrogén-klorid szerkezeti képlete:
H Cl hidrogén-klorid Kénsav (H2SO4)
- Kétértékű oxosav, első disszociációs lépcsőjében erős, a másodikban pedig középerős savnak tekinthető.
- Tömény vizes oldata (kb. 96–98 tömeg%-os) nagy sűrűségű, viszkózus, színtelen folyadék.
- Előállítható 100%-os kénsav is, melynek elnevezése füstölgő kénsav.
- Óleumnak nevezzük a fölös kén-trioxidot tartalmazó kénsavat (ez 100%-osnál töményebbnek tekinthető).
- A kénsav vízzel korlátlanul elegyedik.
- Vízelvonó hatású (higroszkópos) - A kénsavban a kén oxidációfoka +6.
- Töményen erős oxidálószer.
- Előállítás: a kén-dioxid katalitikus (V2O5 katalizátor) oxidációjával keletkező kén-trioxidot tömény kénsavban oldják, majd ezt hígítják.
- Szabályos sói a szulfátok (például kálium-szulfát: K2SO4), savanyú sói a hidrogén-szulfátok (például nátrium-hidrogén-szulfát: NaHSO4).
- A kénsav anhidridje a kén-trioxid: SO3.
H2O + SO3 = H2SO4
- a kén-trioxid és a salétromsav szerkezeti képlete:
O S O
O
O S O OHOH kén-trioxid kénsav Salétromsav (HNO3)
- Egybázisú erős oxosav.
- Tiszta állapotban (szobahőmérsékleten és normál légköri nyomáson) színtelen, szúrós szagú folyadék, ám állás hatására barnás színűvé válik (ennek oka a bomlás közben keletkező nitrogén-dioxid).
- A kereskedelemben kapható salétromsav 68 tömeg%-os.
- A tömény (86 tömeg%-nál töményebb) salétromsavat füstölgő salétromsavnak nevezzük.
- Választóvíz: 50 tömeg%-nál töményebb salétromsav, mely még az ezüstöt is oldja (de az aranyat nem).
- A salétromsavban a nitrogén oxidációfoka +5.
- Elsősorban tömény vizes oldatban erős oxidáló sav.
- Előállítás: ammóniagáz katalitikus (platina katalizátor) oxidációjával nitrogén-dioxidot állítanak elő, majd ezt permetezőtornyokban levegővel és vízzel reagáltatva keletkezik a salétromsav (Ostwald-eljárás).
- Sói a nitrátok [például alumínium-nitrát: Al(NO3)3].
- Savanhidridje a dinitrogén-pentoxid (N2O5).
H2O + N2O5 = 2 HNO3
- a savanhidrid és a sav szerkezeti képlete:
O N O
O N O
O O N
O OH dinitrogén-pentoxid salétromsav Szénsav (H2CO3)
- Kétbázisú gyenge oxosav.
- A szénsavoldat tulajdonképpen a szén-dioxid gáz vizes oldatának tekinthető (a beoldódott szén-dioxid túlnyomó része hidratált szén-dioxid formában van jelen az oldatban, emellett főleg hidrogén-karbonátionokat tartalmaz, disszociálatlan szénsavat rendkívül kis koncentrációban található az oldatban).
H2O + CO2 ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3−
- A szénsav szabályos sói a karbonátok (például kalcium-karbonát: CaCO3), savanyú sói a hidrogén-karbonátok (például nátrium-hidrogén-karbonát: NaHCO3).
- Savanhidridje a szén-dioxid (CO2).
H2O + CO2 = H2CO3
A szén-dioxid (savanhirdid) és a szénsav szerkezeti képlete:
O C O
HO C OH O
szén-dioxid szénsav Foszforsav (H3PO4)
- Hárombázisú oxosav, az első disszociációs lépésben középerős, a második két lépésében gyenge, illetve igen gyenge savnak tekinthető.
- Régi magyar elnevezése: vilsav, szokás ortofoszforsavnak is hívni.
- A tiszta foszforsav szobahőmérsékleten színtelen, víztiszta, kristályos, viszonylag kemény anyag, olvadáspontja 42 °C, megolvadva színtelen viszkózus folyadék.
- A foszforsav vízben kiválóan oldódik.
- Előállítás: a fehérfoszfor oxidációjával keletkező foszfor-pentoxidot elnyeletik foszforsavban, majd a keletkezett tömény savat vízzel hígítják.
- Szabályos sói a foszfátok vagy tercier foszfátok (például nátrium-foszfát: Na3PO4), kétféle savanyú sója is ismert: hidrogén-foszfátok vagy szekunder foszfátok (például dikálium-hidrogén-foszfát: K2HPO4) és a dihidrogén-foszfátok vagy primer foszfátok [például kalcium-dihidrogén-foszfát: Ca(H2PO4)2].
- Savanhidridje a foszfor(V)-oxid (P2O5) vagy molekuláris formájában tetrafoszfor-dekaoxid (P4O10).
6 H2O + P4O10 = 4 H3PO4
- a tetrafoszfor-dekaoxid és a foszforsav szerkezeti képlete:
P O P
O O P
O O
O P O
O O
O
O P HO OHOH
tetrafoszfor-dekaoxid foszforsav Egyéb fontosabb savak:
Kénessav (H2SO3)
- A kén-dioxid (mely szobahőmérsékleten, normál nyomáson színtelen, fojtó szagú gáz) vízben történő oldásával keletkezik, kétértékű viszonylag gyenge sav.
- A kénessavban a kén oxidációfoka +4.
- A kéndioxidhoz hasonlóan redukáló hatású, levegőn lassan kénsavvá oxidálódik.
- Szabályos sói a szulfitok (például bárium-szulfit: BaSO3), savanyú sói a hidrogén-szulfitok, melyeket régebben biszulfitoknak is nevezték (például nátrium-hidrogén-szulfit: NaHSO3).
- A kénessav anhidridje a kén-dioxid: SO2.
H2O + SO2 = H2SO3
- a kén-dioxid és a kénessav szerkezeti képlete:
O S
O
S O OHOH kén-dioxid kénessav Dihidrogén-szulfid (H2S)
- A kén-hidrogén vagy hidrogén-szulfid egy kétértékű gyenge sav.
- A H2S szobahőmérsékleten, normál légköri nyomáson gáz halmazállapotú, jellegzetes záptojásszagú, rendkívül mérgező vegyület, mely vízben jól oldódik. Oldatának neve kénhidrogénes víz.
- A H2S-ben a kén oxidációfoka −2.
- Redukáló hatású sav, könnyen oxidálható például elemi kénné (erélyesebb oxidálószerek akár kénsavvá is oxidálhatják).
- Szabályos sói a szulfidok [például ammónium-szulfid: (NH4)2S], savanyú sói a hidrogén-szulfidok (például nátrium-hidrogén-szulfid: NaHS).
- Nincs savanhidridje.
- A hidrogén-klorid szerkezeti képlete:
H S H dihidrogén-szulfid Salétromossav (HNO2)
- Egyértékű gyenge sav.
- Csak híg vizes oldatban stabil, melegítve salétromsavra és nitrogén-oxidokra bomlik.
- Sói a nitritek (például ammónium-nitrit: NH4NO2).
- A salétromossav anhidridje a dinitrogén-trioxid: N2O3. H2O + N2O3 = 2 HNO2
- A dinitrogén-trioxid molekula és a salétromossav szerkezeti képlete:
O N N
O O
O N O H
dinitrogén-trioxid salétromossav Hidrogén-cianid (HCN)
- Egyértékű gyenge sav.
- A hidrogén-cianid szobahőmérsékleten és normál nyomáson egy rendkívül mérgező, keserűmandula szagú gáz, vizes oldatát triviális nevén kéksavnak nevezik.
- A hidrogén-cianid sói a cianidok (például kálium-cianid: KCN, ezüst-cianid: AgCN).
- Nincs savanhidridje.
H C N hidrogén-cianid Hidrogén-fluorid (HF)
- Egyértékű középerős sav (ellentétben a többi hidrogén-halogeniddel, mivel azok erős savak tekinthetőek).
- Normál légköri nyomáson a tiszta hidrogén-fluorid 20 °C-on forró folyadék, mely vízelvonó hatású (higroszkópos).
- Triviális elnevezése: folysav.
- Sói a fluoridok (például alumínium-fluorid: AlF3).
- Nincs anhidridje.
H F hidrogén-fluorid Bórsav (H3BO3)
- Rendkívül gyenge, vízben gyakorlatilag egyértékűnek tekinthető sav.
- Érdekes módon, a többi oxosavtól eltérően nem deprotonálódással szolgáltat hirdogénionokat:
H3BO3 + H2O ⇄ H+ + [B(OH)4]−
- Normál légköri nyomáson és szobahőmérsékleten fehér kristályos anyag, vízben jól oldódik.
- Sói a borátok (például nátrium-tetraborát: Na2B4O7).
- A bórsav anhidridje a dibór-trioxid: B2O3.
3 H2O + B2O3 = 2 H3BO3
- a bórsav szerkezeti képlete:
O B O
O H
H H
bórsav A halogének oxosavai, ezek ionjai és elnevezésük
0A fluor kivételével a halogéneknek többféle oxosavuk is ismert (a hidrogén-halogenidek mellett), ezen savakban a halogénatomok különböző oxidációfokkal rendelkeznek. Az ismert halogén-oxosavakat és hagyományos elnevezésüket az alábbi táblázatban gyűjtöttük össze:
Halogénelem
oxidációfoka: +1 +3 +5 +7
Klór HClO
hipoklórossav HClO2
klórossav HClO3
klórsav HClO4
Perklórsav
Bróm HBrO
hipobrómossav
HBrO2
brómossav
HBrO3
brómsav
HBrO4
Perbrómsav
Jód HIO
hipojódossav HIO2
jódossav HIO3
jódsav HIO4
Perjódsav A halogének oxosavainak sóinak hagyományos elnevezését a következő táblázat tartalmazza:
Halogénelem
oxidációfoka: +1 +3 +5 +7
Klór ClO−
hipoklorit
ClO2−
klorit
ClO3−
klorát
ClO4−
Perklorát
Bróm BrO−
hipobromit
BrO2−
bromit
BrO3−
bromát BrO4−
Perbromát
Jód HIO−
hipojodit
IO2−
jodit
IO3−
jodát
IO4−
Perjodát
10.3. Bázisok
Bázisok: a Brønsted–Lowry-elmélet szerint bázisok azok a vegyületek, melyek proton felvételére képesek (protonakceptorok).
[Emlékeztetőül: Arrhenius sav-bázis elmélete szerint a bázisok vízben OH− (hidroxid) ionra és kationra disszociálnak.]
Bázisanhidrid: olyan anyag, mely vízzel reagálva bázist (oxobázist) eredményez. Rendszerint a bázisanhidridek elektropozitív (kis elektronegativitású) elemek – ionos – oxidjai.
Például a nátrium-oxid egy bázisanhidrid: Na2O + H2O = 2 NaOH.
A bázisok disszociációjuk vagy vízzel történő reakciójuk során hidroxid-ionok keletkeznek:
BOH ⇄ B+ + OH− B: + H2O ⇄ BH+ + OH−
A savak csoportosításához hasonlóan a bázisokat is kategorizálhatjuk:
Értékűség szerint ismerünk egysavú (egyértékű) és többsavú (többértékű) bázisokat: az értékűség megadja, hogy a bázis hány hidroxid ionját lehet lecserélni más anionra. Egysavú bázisra példa a nátrium-hidroxid (NaOH), kétsavú bázisra a kalcium-hidroxid [Ca(OH)2], háromsavúra pedig az alumínium-hidroxid [Al(OH)3].
Erősség szerint a bázisokat lehetnek erős, középerős és gyenge bázisok.
Szerkezetük alapján ismerünk ionos és molekuláris bázisokat:
Ionos bázisok: ionrácsos vegyületek, melyek kristályrácsában hidroxid (vagy más protonakceptor) ionok találhatók a kationok mellett.
Például: kálium-hidroxid (KOH)
Molekuláris bázisok: olyan molekulák, melyben proton felvételére alkalmas magános elektronpár található.
Például: ammónia (:NH3), piridin (:NC5H5).
A legfontosabb bázisok:
Alkálifém-hidroxidok
– Közülük a két legfontosabb hidroxid a nátrium-hidroxid, triviális nevén nátronlúg vagy marónátron (NaOH) és a kálium-hidroxid, triviális nevén kálilúg (KOH).
– Egyértékű erős bázisok.
– Szobahőmérsékleten és normál nyomáson szilárd halmazállapotúak, levegőn elmálló, átlátszatlan fehér kristályokat képeznek, vízben jól oldódnak.
– Szilárd halmazállapotban higroszkóposak, megkötik a levegő szén-dioxid tartalmát (még oldatban is). Például: 2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
– Anhidridjeik a megfelelő oxidjai (például a kálium-hidroxid anhidridje a kálium-oxid: K2O).
Alkáliföldfém-hidroxidok
– A magnézium-hidroxid igen gyenge bázis, a kalcium-, stroncium- és bárium-hidroxid középerős bázisok (ez utóbbi vizes oldatának közismert neve baritvíz).
– Vízben csak korlátozottan oldódnak.
– Megkötik a levegő szén-dioxid-tartalmát. Például: Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O.
– Gyakorlati szempontból fontos vagyület: kalcium-hidroxid, triviális nevén oldott mész, mely kalcium-oxid (égetett mész) vízben való oldásával keletkezik. A kalcium-hidroxid lassan megköti a levegő szén-dioxid-tartalmát, miközben kalcium-karbonáttá (triviális néven mészkő) alakul.
– Anhidridjeik az alkáliföldfém-oxidok (például a kalcium-hidroxid anhidridje a kalcium-oxid:
CaO).
Ammónia (NH3) – Egyértékű gyenge bázis.
– Az ammónia szobahőmérsékleten és normál nyomáson szúrós szagú, színtelen gáz. Vizes oldatát szokták ammóniaoldatnak vagy szalmiákszesznek hívni.
– A ammónium-hidroxid téves kifejezés, valójában az ammóniagáz vizes oldatáról van szó, melyben részlegesen lejátszódik az alábbi folyamat:
NH3 + H2O ⇄ NH4
+ + OH−.
Tehát az oldatban nem NH4OH molekulák vannak, hanem hidratált ammónia molekulák (NH3), ammóniumionok (NH4+) és hidroxidionok (OH−) találhatóak.
– Az ammónia sóit ammónium-vegyületeknek nevezzük.
– Nincs bázisanhidridje.
Másodfajú fémek hidroxidjai
– Ide sorolható például az alumínium-hidroxid, az ón(II) és ón(IV)-hirdoxidok, az ólom-hidroxid.
– Vízben rosszul oldódó csapadékok, ezért oldatuk kémhatása sem lúgos.
– Rendszerint amfoter karakterűek, mind ásványi savakban, mind erős bázisok (például nátrium-hidroxid) oldatában oldódnak (ez utóbbi esetben a megfelelő hidroxokomplex keletkezik). Például az alumínium-hidroxid esetén:
Al(OH)3 + 3 H+ ⇄ Al3+ + 3 H2O,
Al(OH)3 + OH− ⇄ [Al(OH)4]−.
10.4. Sók
Sóknak nevezzük a kationokból és anionokból felépülő vegyületeket. A savak és bázisok közömbösítési reakciójából keletkező vegyületek sóknak tekinthetők.
Savanyú só: a többértékű sav nem minden savas protonját helyettesítjük kationnal.
Például: kálium-hidrogén-szulfát (KHSO4), diammónium-hidrogén-foszfát [(NH4)2HPO4]. Többértékű szerves savaknak is ismertek savanyú sói. Például: kálium-hidrogén-tartarát [HOOC−CH(OH)−CH(OH)−COOK], kálium-hidrogén-ftalát (HOOC−C6H4−COOK).
Bázisos só: a többértékű bázisnak nem minden OH−-ionját helyettesítjük anionnal.
Például: kalcium-klorid-hidroxid [CaCl(OH)], réz(II)-karbonát-dihidroxid [Cu2(CO3)(OH)2], cink-jodid-hidroxid [ZnI(OH)].
Szabályos sók: a sav összes protonját más kationnal helyettesítjük, valamint a bázisnak az összes hidroxid ionját anionnal helyettesítjük.
Például: kálium-szulfát (K2SO4), ólom(II)-karbonát (PbCO3), alumínium-szulfát [Al2(SO4)3], bárium-jodát [Ba(IO3)2].
Kettős sónak nevezzük azokat a sókat, melyek kétfajta kationt és egyfajta aniont, vagy egyfajta kationt és kétfajta aniont tartalmaznak. A hármas sók ennek a megfelelő kibővítését jelentik.
Például: alumínium-kálium-szulfát [AlK(SO4)2], pentakalcium-flourid-trifoszfát [Ca5F(PO4)3], magnézium-ammónium-foszfát (MgNH4PO4), nátrium-ammónium-hidrogén-foszfát (NaNH4HPO4), kálium-magnézium-fluorid (KMgF3).
Speciális elnevezések:
Gálicok (esetleg vitriolok): a kétértékű fémek szulfátjai, melyek rendszerint 7 kristályvízzel kristályosodnak. Elsősorban a magnézium-, kalcium-, mangán-, vas-, cink- és réz-szulfát tartozik ide.
Például: cink(II)-szulfát (ZnSO4 · 7H2O), magnézium-szulfát (MgSO4 · 7H2O), réz(II)-szulfát (CuSO4 · 7H2O), kalcium-szulfát (CaSO4 · 2H2O)
Timsók: egy egyértékű és egy háromértékű fém szulfátjából álló kettős sók. Az egyértékű kation gyakran kálium (K+), ammónium (NH4+), tallium (Tl+), esetleg más alkálifémion, a háromértékű pedig alumínium(III) (Al3+), króm(III) (Cr3+), vas(III) (Fe3+), mangán(III) (Mn3+) stb.
Általános képletük rendszerint M(I)M(III)(SO4)2 · 12H2O.
Például: króm(III)-kálium-szulfát–víz (1/12) [CrK(SO4)2 · 12H2O], alumínium-ammónium-szulfát–víz (1/12) [AlNH4(SO4)2 · 12H2O].