Основи: луги і нерозчинні основи

Основа — це складна речовина, що складається з атома металічного елемента та однієї або кількох гідроксильних груп OH. Кількість груп OH дорівнює ступеню окиснення металу. Наприклад, у NaOH ступінь окиснення Натрію +1 — одна група OH; у Ca(OH)₂ ступінь окиснення Кальцію +2 — дві групи OH; у Fe(OH)₃ ступінь окиснення Феруму +3 — три групи OH.

З погляду електролітичної дисоціації основа — це електроліт, який під час дисоціації у водному розчині утворює з аніонів лише гідроксид-йони OH⁻. Наприклад:

NaOH → Na⁺ + OH⁻Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻

Як розпізнати основу серед формул

Шукай метал і групи OH. KOH — основа, Fe(OH)₂ — основа. А ось C₂H₅OH (етанол) — не основа, бо група OH приєднана до Карбону, а не до металу. H₂SO₄ — кислота, NaHCO₃ — кисла сіль, Na₂O — оксид. Отже, наявність групи OH сама по собі ще не робить речовину основою.

Назви основ

Назву основи утворюють за схемою: назва металічного елемента в називному відмінку + «гідроксид» (натрій гідроксид). Якщо метал має змінний ступінь окиснення, після назви металу в дужках римською цифрою вказують ступінь окиснення: ферум(III) гідроксид.

Луги й нерозчинні основи

За розчинністю у воді основи поділяють на дві великі групи: луги (розчинні основи) та нерозчинні основи.

Луги — це розчинні основи лужних металів (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH) і лужноземельних металів (Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂). Зверни увагу: Ca(OH)₂ у таблиці розчинності позначений літерою «М» (малорозчинний), але його насичений розчин має лужну реакцію, тому в шкільній хімії Ca(OH)₂ вважають лугом.

Нерозчинні основи — це гідроксиди металів, які в таблиці розчинності позначені літерою «Н»: Cu(OH)₂, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, Al(OH)₃, Zn(OH)₂ та інші. Mg(OH)₂ у довідці позначений «М», але в шкільній класифікації його не відносять до лугів. Тому не ототожнюй позначку «М» з належністю до лугів.

Фізичні властивості

NaOH і KOH — білі гігроскопічні (вбирають вологу з повітря) їдкі речовини. Ніколи не торкайся їх руками для перевірки — це спричиняє хімічні опіки! Осади нерозчинних основ мають характерне забарвлення:

Колір індикатора визначає pH розчину. Навіть малорозчинний Mg(OH)₂ може створити слабколужне середовище, тому фенолфталеїн у його суспензії рожевіє.

Луги — хімічно активні сполуки. Вони реагують з кислотами, кислотними оксидами, солями (за певних умов) та амфотерними сполуками. Розгляньмо кожну групу реакцій.

Реакція з кислотами — нейтралізація

Луг + кислота → сіль + вода. Це реакція нейтралізації, під час якої гідроксид-йони OH⁻ сполучаються з йонами H⁺, утворюючи воду.

NaOH + HCl → NaCl + H₂OСкорочене йонне рівняння: H⁺ + OH⁻ → H₂O

2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O

Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2H₂OТут одночасно відбуваються два процеси: нейтралізація (H⁺ + OH⁻ → H₂O) та осадження нерозчинного BaSO₄ (Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓).

Реакція з кислотними оксидами

Луг + кислотний оксид → сіль + вода. З основними оксидами луги не реагують!

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂OCa(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O (вапняна вода каламутніє — якісна реакція на CO₂)6NaOH + P₂O₅ → 2Na₃PO₄ + 3H₂O

Реакція з солями

Луг + сіль → нова основа + нова сіль. Реакція відбувається лише тоді, коли в продуктах утворюється осад, газ або слабкий електроліт (наприклад, вода). Це правило Бертолле.

2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ (блакитний осад)3KOH + FeCl₃ → Fe(OH)₃↓ + 3KCl (бурий осад)Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaOH (білий осад)NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O (виділяється газ амоніак; нагрівання полегшує реакцію)

Якщо жоден із продуктів не випадає в осад, не виділяється як газ і не є слабким електролітом — реакції немає. Наприклад, NaOH + KCl → реакція не відбувається, бо всі речовини залишаються в розчині у вигляді йонів.

Дія нагрівання на луги

NaOH і KOH під час нагрівання не розкладаються, а плавляться (температура плавлення NaOH близько 318 °C). Вони стійкі до термічного розкладу, на відміну від нерозчинних основ.

Луги реагують також з амфотерними оксидами й гідроксидами (наприклад, Al₂O₃, ZnO, Al(OH)₃, Zn(OH)₂) — цю тему розглянуто в окремому уроці про амфотерні сполуки.

Нерозчинні основи мають обмеженіший набір хімічних властивостей порівняно з лугами. Вони реагують з кислотами та розкладаються під час нагрівання, але не реагують з розчинами солей і більшістю кислотних оксидів за звичайних умов.

Реакція з кислотами

Нерозчинна основа + кислота → сіль + вода. Це теж реакція нейтралізації, але осад основи поступово розчиняється в кислоті.

Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O (блакитний осад розчиняється, утворюючи блакитний розчин)Fe(OH)₃ + 3HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + 3H₂O (бурий осад розчиняється)Mg(OH)₂ + H₂SO₄ → MgSO₄ + 2H₂O (білий осад розчиняється)

Термічний розклад

Під час нагрівання нерозчинні основи розкладаються на оксид металу й воду:

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (блакитний осад чорніє — утворюється чорний купрум(II) оксид)2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O (бурий осад перетворюється на червоно-коричневий ферум(III) оксид)Mg(OH)₂ → MgO + H₂O

Чого не можна робити: типові помилкові перенесення

Не перенось властивості розчину NaOH на будь-яку нерозчинну основу! Наприклад, Cu(OH)₂ не реагує з NaCl, бо Cu(OH)₂ — тверда речовина, а NaCl — розчинна сіль; для реакції потрібна взаємодія йонів у розчині, а Cu(OH)₂ практично не дисоціює.

Водночас твердження «нерозчинні основи ніколи не реагують з кислотними оксидами» теж хибне. За тривалого контакту Cu(OH)₂ з CO₂ можливе утворення основних карбонатів (малахіт). Однак у типових завданнях НМТ таку реакцію не розглядають.

Порівняльна таблиця: NaOH vs Cu(OH)₂

Спосіб добування основи залежить від того, чи є вона лугом, чи нерозчинною основою. Розгляньмо обидва випадки.

Добування лугів

Луги добувають двома способами:

1. Активний метал + вода — утворюється луг і виділяється водень:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

1. Оксид металу + вода — сполучення оксиду з водою:

K₂O + H₂O → 2KOHCaO + H₂O → Ca(OH)₂ (гасіння вапна)

За програмою НМТ так добувають основи лужних і лужноземельних металів, крім магнію. MgO з водою реагує дуже повільно, тому Mg(OH)₂ цим способом не одержують.

Добування нерозчинних основ

Нерозчинні основи добувають лише одним способом: реакцією обміну між розчинною сіллю металу та лугом. Оскільки основа нерозчинна, вона випадає в осад:

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaClMgCl₂ + 2KOH → Mg(OH)₂↓ + 2KCl

Важливо: Cu(OH)₂ і Fe(OH)₃ не можна добути з відповідного оксиду й води за звичайних умов — CuO + H₂O ≠ реакції, Fe₂O₃ + H₂O ≠ реакції. Оксиди менш активних металів з водою не реагують.

Як вибрати спосіб: алгоритм

1. Візьми таблицю розчинності.

2. Знайди в ній потрібну основу. Якщо позначка «Р» або «М» — це луг (крім Mg(OH)₂). Якщо «Н» — нерозчинна основа.

3. Для лугу: добувай з активного металу (лужного або лужноземельного, крім Mg) або його оксиду й води.

4. Для нерозчинної основи: візьми розчинну («Р») сіль цього металу і будь-який луг (NaOH або KOH).

Приклад 1. Осад, що розчиняється в надлишку лугу

Завдання: Виберіть формулу осаду, який розчиняється в надлишку розчину NaOH за звичайних умов.

Варіанти: А) Cu(OH)₂; Б) Fe(OH)₃; В) Al(OH)₃; Г) Mg(OH)₂.

Розв’язання: Al(OH)₃ — амфотерний гідроксид. Він реагує з лугами, утворюючи розчинну сіль — алюмінат. Cu(OH)₂, Fe(OH)₃ і Mg(OH)₂ з розчином NaOH не реагують (вони не амфотерні).

Відповідь: Al(OH)₃.

Чому інші варіанти неправильні: Cu(OH)₂ — нерозчинна основа, з лугами не реагує; Fe(OH)₃ — теж нерозчинна, не реагує; Mg(OH)₂ — малорозчинна основа, з лугами не реагує. Докладно амфотерність розглянуто в окремому уроці про амфотерні сполуки.

Приклад 2. Логічні пари: реагенти → продукти

Завдання: Установіть відповідність між реагентами (1–3) і продуктами реакції (А–Д). Дві букви зайві.

• 1 Fe(OH)₃ (нагрівання)

• 2 Ba(OH)₂ + Na₂SO₄

• 3 KOH (надлишок) + CO₂

• А Fe₂O₃ і H₂O

• Б FeO і H₂O

• В BaSO₄ і NaOH

• Г K₂CO₃ і H₂O

• Д KHCO₃

Розв’язання:

1 — Fe(OH)₃ під час нагрівання розкладається на Fe₂O₃ і H₂O (варіант А). Варіант Б (FeO) неправильний, бо Ферум зберігає ступінь окиснення +3.2 — Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaOH (варіант В).3 — Надлишок KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O (варіант Г). Якби KOH був у нестачі, утворилася б кисла сіль KHCO₃ (варіант Д — зайвий).

Відповідь: 1 → А, 2 → В, 3 → Г. Зайві: Б, Д.

Приклад 3. Добування Fe(OH)₃

Завдання: Виберіть пару речовин, з якої можна добути ферум(III) гідроксид.

Варіанти: А) Fe₂O₃ і H₂O; Б) Fe і H₂O; В) FeCl₃ і NaOH; Г) FeCl₃ і H₂O.

Розв’язання: Fe(OH)₃ — нерозчинна основа, її добувають реакцією обміну розчинної солі Феруму з лугом. FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl.

Відповідь: FeCl₃ і NaOH.

Чому інші неправильні: Fe₂O₃ + H₂O — ферум(III) оксид з водою не реагує; Fe + H₂O — залізо з водою за звичайних умов не реагує (реагує лише розжарене залізо з парою, утворюючи Fe₃O₄); FeCl₃ + H₂O — гідроліз не дає чистого Fe(OH)₃.

Приклад 4. Сіль, що дає осад з KOH

Завдання: Виберіть сіль, розчин якої дає осад з розчином KOH.

Варіанти: А) NaNO₃; Б) MgCl₂; В) BaCl₂; Г) K₂SO₄.

Розв’язання: Перевіряємо кожну пару за правилом Бертолле: чи утворюється осад, газ чи слабкий електроліт?

NaNO₃ + KOH — усі продукти розчинні, реакції немає.MgCl₂ + 2KOH → Mg(OH)₂↓ + 2KCl — білий осад!BaCl₂ + 2KOH → Ba(OH)₂ + 2KCl — Ba(OH)₂ розчинний, осаду немає.K₂SO₄ + KOH — реакції немає (однойменний катіон).

Відповідь: MgCl₂.

• Помилка: записують розкладання NaOH чи KOH під час нагрівання. Насправді NaOH і KOH під час нагрівання плавляться без розкладу. Нерозчинні основи розкладаються вже за помірного нагрівання, а Ca(OH)₂ — лише за сильного нагрівання (на CaO і H₂O).

• Помилка: без перевірки умов пишуть реакцію Cu(OH)₂ + NaCl за аналогією з розчином лугу. Cu(OH)₂ — твердий осад, який не дисоціює в розчині. Реакція обміну з сіллю можлива лише в розчині, тому Cu(OH)₂ + NaCl не відбувається.

• Помилка: добувають Cu(OH)₂ чи Fe(OH)₃ з оксиду й води. Оксиди CuO і Fe₂O₃ з водою не реагують. Нерозчинні основи добувають лише з розчинної солі й лугу.

• Помилка: вважають Mg(OH)₂ лугом, бо магній — метал IIA групи. Mg(OH)₂ малорозчинний, його не відносять до лугів у шкільній класифікації. Луги — це розчинні основи лужних і лужноземельних металів, але магній — виняток.

• Помилка: записують реакцію NaOH + KCl без осаду, газу чи слабкого електроліту. Можливі продукти обміну (KOH і NaCl) розчинні й дисоціюють повністю — реакція не відбувається. Завжди перевіряй за таблицею розчинності, чи випадає осад.

• Помилка: змінюють ступінь окиснення металу. Наприклад, пишуть FeCl₃ + NaOH → Fe(OH)₂, знижуючи ступінь окиснення Феруму з +3 до +2. У реакціях обміну ступені окиснення елементів не змінюються!

У демоваріанті НМТ 2026 року окремого завдання, де тема 2.2.2 «Основи» була б основною, немає. Однак знання про основи потрібні й у завданнях на інші теми (солі, амфотерні сполуки, генетичні зв'язки).

Формати завдань

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–18, 0 або 1 бал). Наприклад: «Яка речовина реагує з лугом, але не реагує з нерозчинною основою?» або «З якою сіллю реагує розчин NaOH?»

• Логічні пари (завдання 19–20: 1–3 → А–Д, дві букви зайві, до 3 балів). Наприклад: «Реагенти → продукти реакції». Тут перевіряють уміння складати рівняння реакцій лугів і нерозчинних основ.

Довідкові матеріали

На НМТ ти отримаєш таблицю розчинності, яка допомагає розрізнити луги (позначки «Р» і «М», крім Mg(OH)₂) та нерозчинні основи («Н»). Також таблиця показує, чи випаде осад під час реакції обміну. Забарвлень індикаторів у довідці немає — їх треба знати.

Стратегія виконання

1. За таблицею розчинності визнач, чи є основа лугом, чи нерозчинною.

2. Перевір кожен реагент за порівняльною таблицею властивостей: луги реагують з кислотами, кислотними оксидами, солями (за правилом Бертолле) та амфотерними сполуками; нерозчинні основи — лише з кислотами (і розкладаються під час нагрівання).

3. Стеж, щоб ступінь окиснення металу в продуктах не змінився — у реакціях обміну він залишається таким самим, як у реагентах.

• Основа — це сполука металу з гідроксильними групами OH. Кількість груп OH дорівнює ступеню окиснення металу.

• Луги — розчинні основи (NaOH, KOH, Ba(OH)₂, Ca(OH)₂). Вони реагують з кислотами (нейтралізація), кислотними оксидами та солями (за утворення осаду, газу чи слабкого електроліту). NaOH і KOH під час нагрівання не розкладаються, а плавляться.

• Нерозчинні основи (Cu(OH)₂, Fe(OH)₃, Mg(OH)₂) реагують з кислотами та розкладаються під час нагрівання на оксид і воду. З солями та кислотними оксидами за звичайних умов не реагують.

• Луг добувають з активного металу або його оксиду й води. Нерозчинну основу — лише з розчинної солі металу й лугу.

• Луг це чи нерозчинна основа — дивись у таблиці розчинності: «Р» або «М» (крім Mg) — луг; «Н» — нерозчинна основа.