เคมีเป็นศาสตร์ที่ศึกษาปฏิกิริยาต่างๆ ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ เช่นเดียวกับปฏิสัมพันธ์ของสารประกอบบางชนิดกับสารอื่นๆ สารหลักในที่นี้คือกรดและด่าง ซึ่งปฏิกิริยาระหว่างกันมักเรียกว่าการวางตัวเป็นกลาง ทำให้เกิดเกลือที่ละลายน้ำได้
น้ำด่างคืออะไร
ไฮดรอกไซด์ของอัลคาไลน์ (โลหะของกลุ่มแรกของกลุ่มย่อยหลัก (A) ในตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีของ D. I. Mendeleev) และอัลคาไลน์เอิร์ ธ (โลหะของกลุ่มที่สองของกลุ่มย่อยหลัก (A) รวมถึง แคลเซียม) โลหะที่มีปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำและละลายในนั้นจนหมดเรียกว่าด่าง เนื่องจากสามารถทำลายสารอินทรีย์ (หนัง ไม้ กระดาษ) จึงเรียกว่าโซดาไฟ ตัวอย่างเช่น โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) คือโพแทสเซียมที่กัดกร่อน แบเรียม (Ba(OH)2) คือแบเรียมที่กัดกร่อน เป็นต้น
คุณสมบัติทางกายภาพของฐานที่แข็งแกร่ง
จากคำจำกัดความของสิ่งที่เป็นด่าง เราสามารถเพิ่มเติมว่าไฮดรอกไซด์เหล่านี้ยังเป็นของแข็งดูดความชื้น (สามารถดูดซับไอระเหยจากอากาศได้น้ำ) สารสีขาว ด่างที่แรงที่สุดคือซีเซียมไฮดรอกไซด์ CsOH และเรเดียมรา(OH)2 ปฏิกิริยาอัลคาไลมักมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน (คายความร้อน) นอกจากนี้ คุณสมบัติทางกายภาพของเบสดังกล่าวยังรวมถึงความสามารถในการละลายในสารประกอบอินทรีย์บางชนิด เช่น ในแอลกอฮอล์: เมทานอลและเอทานอล
คุณสมบัติทางเคมี
สารละลายด่างสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาต่างๆได้
เบสที่แข็งแรงสามารถโต้ตอบกับกรดและแอมโฟเทอริกออกไซด์:
- KOH + SO3=K2SO4 + H2O (SO3 เป็นกรดออกไซด์);
- 2KOH + Al2O3=2KAlO2 + H2O (ปฏิกิริยาฟิวชันเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน โดยที่ Al2O3 เป็นแอมโฟเทอริกออกไซด์);
- 2KOH + Al2O3 + 3H2O=2K[Al(OH)4] (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นจากการก่อตัวของเกลือเชิงซ้อนที่ละลายได้ - โพแทสเซียม tetrahydroxoaluminate)
เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะแอมโฟเทอริก (Zn, Al และอื่น ๆ) การก่อตัวของทั้งการหลอมเหลวและเกลือเชิงซ้อนที่เกี่ยวข้องก็เป็นไปได้เช่นกัน นอกจากนี้ ปฏิกิริยาทั้งสองยังมาพร้อมกับวิวัฒนาการของก๊าซไฮโดรเจน:
- 2KOH + 2Al=2KAlO2 + H2;
- 2KOH + 2Al + 6H2O=2K[Al(OH)4] + 3H2.
อัลคาลิสยังสามารถทำปฏิกิริยากับเกลือได้ ส่งผลให้เกิดเบสอีกตัวหนึ่งและเกลืออีกตัวหนึ่ง เงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นคือ ด้วยเหตุนี้ หนึ่งในสารที่ก่อตัวขึ้นจะต้องไม่ละลายในน้ำ:
NaOH + CuSO4=Na2SO4 + Cu(OH)2.
ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น ด่างและกรดเข้าสู่ปฏิกิริยาการวางตัวเป็นกลาง เกลือและน้ำเกิดขึ้น:
NaOH + HCl=NaCl + H2O.
อัลคาไลจะทำปฏิกิริยากับเบสอื่นๆ ก็ต่อเมื่อพวกมันเป็นไฮดรอกไซด์ของโลหะแอมโฟเทอริก:
NaOH + Al(OH)3=Na[Al(OH)4].
บางชนิดสามารถโต้ตอบกับสารอินทรีย์หลายชนิด: เอสเทอร์ เอไมด์ แอลกอฮอล์โพลีไฮดริก:
2C2H6O2 + 2NaOH=C2H4O2Na2 + 2H2O (ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาคือ โซเดียมอัลคอกไซด์)
พื้นแข็งแค่ไหน
อัลคาไลหาได้จากหลายวิธีทั้งในอุตสาหกรรมและในห้องปฏิบัติการ
ในอุตสาหกรรมอุตสาหกรรม มีหลายวิธีในการผลิตด่าง: ไพโรไลซิส มะนาว เฟอร์ไรท์ อิเล็กโทรลิซิส ซึ่งแบ่งออกเป็นวิธีไดอะแฟรม เมมเบรน และปรอทสำหรับแคโทดที่เป็นของเหลวและของแข็ง
นี่คืออิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมและโพแทสเซียมคลอไรด์ หลังจากนั้นคลอรีนและไฮโดรเจนจะถูกปล่อยที่แอโนดและแคโทด และได้รับไฮดรอกไซด์ที่เกี่ยวข้อง:
- 2NaCl + 2H2O=H2 + Cl2 + 2NaOH;
- 2KCl + 2H2O=H2 + Cl2 + 2KOH.
เมื่อไพโรไลซิสที่ 1,000 องศา การก่อตัวของโซเดียมออกไซด์จะเกิดขึ้นในระยะแรก:
Na2CO3=Na2O + CO2.
ในขั้นตอนที่สอง ออกไซด์ที่ถูกทำให้เย็นลงจะละลายในน้ำ ซึ่งเป็นผลมาจากการได้รับด่างที่จำเป็น:
Na2O + H2O=2NaOH.
ห้องปฏิบัติการก็ใช้กระแสไฟฟ้าเช่นกัน นอกจากนี้ยังสามารถหาอัลคาลิสได้โดยการเปิดเผยโลหะที่สอดคล้องกันกับน้ำหรือโดยการทำปฏิกิริยาเกลือของโลหะเหล่านี้กับเบสอื่น ๆ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ได้รับด่างที่จำเป็นและผลิตภัณฑ์ที่สองของปฏิกิริยาที่ไม่ละลายในน้ำคือเกลือ
เมื่อซีเซียมและน้ำมีปฏิสัมพันธ์กัน จะได้รับซีเซียมไฮดรอกไซด์และปล่อยไฮโดรเจน (ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นแม้ที่อุณหภูมิ -120 องศา):
2Cs + 2H2O=2CsOH + H2.
จากการกระทำของน้ำบนลิเธียมออกไซด์ ได้อัลคาไล:
Li2O + 2H2O=2LiOH + H2.
แอปพลิเคชัน
จากคำจำกัดความของสิ่งที่เป็นด่าง เราสามารถเข้าใจได้ว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายไม่เพียงแต่ในอุตสาหกรรมแต่ยังในชีวิตประจำวันอีกด้วย:
- ฆ่าเชื้อบ่อตกปลา
- เป็นปุ๋ย
- ในเวชภัณฑ์
- ในการผลิตกระดาษ
- การผลิตยางสังเคราะห์
- รับสบู่และผงซักฟอก
- ส่วนประกอบอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่อัลคาไลน์
- ตัวดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ (ลิเธียมไฮดรอกไซด์).
- การผลิตน้ำมันหล่อลื่น
- สีย้อมในการผลิตอาหาร (วัตถุเจือปนอาหาร).
- แบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ (โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์).
- ทำความสะอาดท่อระบายน้ำและอ่างล้างจานจากการอุดตันของอาหาร
- การทำให้เป็นกลางของกรด
- ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมี
- การประมวลผลภาพด้วยสารเคมี
ข้อควรระวัง
เป็นที่ชัดเจนว่าด่าง เช่น ไฮดรอกไซด์ของโซเดียม ลิเธียม โพแทสเซียม ซีเซียม และอื่นๆ สามารถทำลายและเผาผลาญผิวหนังและเยื่อเมือกของดวงตาอย่างรุนแรง ถึงแม้ว่าอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารประกอบจะเข้าไปที่นั่นก็ตาม เพื่อป้องกันสิ่งนี้จำเป็นต้องสวมแว่นตา ถุงมือยาง และชุดเอี๊ยมที่ได้รับการบำบัดด้วยสารพิเศษที่ไม่อนุญาตให้วัสดุทำปฏิกิริยากับด่าง