Hüdroksiidid (OH−): alused, omadused ja kasutusalad

Tutvu hüdroksiidide (OH−) rolli, omaduste ja peamiste kasutusaladega — alused, tööstus, põllumajandus ja mineraalid selgelt ja praktiliselt.

Hüdroksiid on keemias nimetus kaheaatomilisele anioonile OH⁻, mis koosneb hapniku- ja vesinikuaatomitest. Enamik hüdroksiide sisaldavaid keemilisi ühendeid on alused.

Arrheniuse alus on aine, mis vesilahuses lahustatuna tekitab hüdroksiidioone. Seetõttu on hüdroksiidioonid suurel määral seotud happe-aluse reaktsioonidega.

Paljud kasulikud keemilised reaktsioonid või protsessid hõlmavad hüdroksiid- või hüdroksiidioone. Naatriumhüdroksiidi kasutatakse tööstuses tugeva alusena, kaaliumhüdroksiidi kasutatakse põllumajanduses ning rauahüdroksiidmineraale, nagu goetiit ja limoniit, on kasutatud rauamaagina. Alumiiniumimaak boksiit koosneb peamiselt alumiiniumhüdroksiididest.

Enamik anorgaanilisi hüdroksiidsoolasid ei lahustu vees.

Struktuur ja elektronne

Hüdroksiidioon (OH⁻) on lihtne diatomaarne anioon, mille negatiivne laeng on suures osas koondunud hapniku aatomile. Lahuses esineb see tavaliselt hüdraadituna (näiteks OH⁻·nH₂O) ja osaleb tugevate vesiniksidemete ning ioonsete interaktsioonide kujul. Hüdroksiidioon on tugev alus: Bronsted–Lowry tähenduses aktsepteerib see prootoni, reageerides kergesti H⁺‑iooniga, moodustades vee (H₂O).

Happesuse‑aluse käitumine

Hüdroksiidioonid on otse seotud happe‑alusereaktsioonidega. Näited:

• Neutralisatsioon: OH⁻ + H⁺ → H₂O — alus neutraliseerib happe ja tekib vesi.
• Hüdrolüüs: paljud soolad annavad lahuses hüdroksiidioone või tarbivad neid, muutes lahuse pH‑i.
• Amfoteraalsus: mõned hüdroksiidid (näiteks Al(OH)₃, Zn(OH)₂) käituvad nii alusena kui ka happena, lahustudes nii tugevas happes kui ka tugevas aluses.

Lahustuvus ja leidumine looduses

Lahustuvuse muster sõltub katioonist:

• Alkali‑metallide hüdroksiidid (näiteks NaOH, KOH) on vees hästi lahustuvad ja moodustavad tugevaid aluseid.
• Alkalimaade hüdroksiidide lahustuvus võib varieeruda — Mg(OH)₂ lahustub väga vähe, Ca(OH)₂ on mõõdukalt lahustuv (vett leelistav), aga Sr(OH)₂ ja Ba(OH)₂ on lahustuvamad.
• Paljud transition‑metallide hüdroksiidid (Fe(OH)₂, Fe(OH)₃ jpm) on vees eba‑ või raskesti lahustuvad ning moodustavad sadeid — seda omadust kasutatakse kaanalüütilistes precipitatsioonireaktsioonides.
• Mõned mineraalid on hüdroksiidina esindatud: goetiit ja limoniit sisaldavad raua‑hüdroksiide ning boksiit sisaldab peamiselt alumiiniumhüdroksiide.

Süntees ja peamised reaktsioonid

Hüdroksiide saab valmistada mitmel viisil:

• Otsene neutralisatsioon happega, nt NaOH valmistatakse NaCl elektrolüüsi teel (tööstuslikult) ning Ca(OH)₂ saadakse CaO hüdraadimisel.
• Metalli reaktsioon vee või leelisega annab sageli hüdroksiidi (näiteks alkali‑metallid reageerivad veega aktiivselt, toodavad hüdroksiidi ja vääritustamist).
• Metallisoolade hüdrolüüs või sadestamine: metallioon + OH⁻ → metallhüdroksiidi sade.

Hüdroksiidid osalevad ka redoks‑, komplekseerimis‑ ja koordinaatühendite moodustumisreaktsioonides ning on olulised katalüsaatorite ja reagentidena.

Kasutusalad ja rakendused

Hüdroksiididel on palju tööstuslikke ja laboratoorseid rakendusi:

• Keemiatööstus: Naatriumhüdroksiidi kasutatakse seepide, paberi, tekstiili ja keemiliste sünteeside tootmisel; see on laialdaselt kasutatav standardlahus tiitrimisel.
• Põllumajandus: Kaaliumhüdroksiidi ja teised leelised aitavad reguleerida pinnase pH‑i ning osalevad väetiste tootmises.
• Metallurgia ja mineraalid: Alumiiniumimaagi töötlemisel kasutatakse alumiiniumhüdroksiide ja Bayeri protsessis kasutatakse tugevaid hüdroksiide alumiiniumi eraldamiseks boksiidist.
• Veepuhastus: hüdroksiidide abil reguleeritakse pH‑i ja eemaldatakse raskemetalle sadevormis.
• Ehitusmaterjalid: kaltsiumhüdroksiidi (Ca(OH)₂) leidub kipsis ja tsementis; see mõjutab sideainete kõvenemist ja tugevust.
• Analüüskeemia: hüdroksiidlahuseid kasutatakse pH‑reguleerimiseks, sadestamiseks ja keemiliste reaktsioonide juhtimiseks.

Roll keskkonnas ja bioloogias

Hüdroksiidid mõjutavad keskkonda mitmel moel: nad reguleerivad vee ja pinnase pH‑i, neelavad happesust (nt sõltuvalt kontsentratsioonist neutraliseerivad nad happelist sade), ning aitavad saastest raskemetallide sadestamisel. Bioloogiliselt võivad kõrged OH⁻ kontsentratsioonid olla ohtlikud — nad kahjustavad kudesid ja organismi happe‑alus tasakaalu.

Erinevus hüdroksiidiooni ja hüdroksüüli radikaali vahel

Tuleb selgelt eristada OH⁻ (hüdroksiidioon) ja •OH (hüdroksüüli radikaal). Esimene on iooniline alus, teine on väga reaktiivne vaba radikaal, mis osaleb oksüdatsiooniprotsessides ja võib põhjustada bioloogilisi kahjustusi.

Ohutus ja käitlemine

Hüdroksiidid (eriti kontsentreeritud lahused nagu NaOH ja KOH) on tugevad leelised — korrodeerivad nahka, silmi ja metallpindu. Töötamisel tuleb järgida järgmisi põhimõtteid:

• Kanda sobivat isikukaitsevahendit: kindad, prillid, vajadusel näokaitse ja kaitseriietus.
• Lahustamine tuleb aina lisada hüdroksiidi vee hulka, mitte vastupidi, et vältida eksotermilist pritsimist.
• Hädaolukorras loputada kuiva ainet või lahust silma/nahka põhjalikult rohke veega ja otsida arstiabi.
• Säilitada kuivas ja korrosioonikindlas pakendis, eemal hapetest ja sobimatest materjalidest.

Kokkuvõte

Hüdroksiidid ja hüdroksiidioonid on keemias fundamentaalsed nii teoreetiliselt kui ka praktiliselt: need määravad paljude lahuste pH‑i, osalevad neutralisatsioonireaktsioonides, moodustavad sademeid ja leiavad laialdast kasutust tööstuses, põllumajanduses ning keskkonnakemikas. Samas nõuavad need ained ettevaatlikku käitlemist tugeva leelise iseloomu tõttu.

Küsimused ja vastused

K: Mis on keemias hüdroksiid?

K: Millised on enamik keemilisi ühendeid, mis sisaldavad hüdroksiide?

K: Mis on Arrheniuse alus?

K: Milles on hüdroksiidioonid tugevalt seotud?

K: Millised on mõned kasulikud keemilised reaktsioonid või protsessid, milles osalevad hüdroksiid- või hüdroksiidioonid?

K: Millest on valmistatud peamiselt alumiiniumimaak boksiit?

K: Kas enamik anorgaanilisi hüdroksiidsoolasid lahustuvad vees?

Otsing