氫氧化物

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簡介

氫氧根是一種帶負電的二原子離子。它與帶正電的金屬（如鈉、鎂、鋁等）結合，也與乙基、甲基和芳香環等有機化合物結合。化合物的名稱由分子的字首或字尾表示。例如，當它與金屬鈉結合時，形成氫氧化鈉。當它與乙烷結合時，形成乙醇。

什麼是氫氧化物？

氫氧根離子是由氫原子和氧原子透過共價鍵結合形成的。它是一個帶負電的離子，也稱為羥基離子或氧化物陰離子。它在化學反應中充當鹼、催化劑、配體和親核試劑。它廣泛用於工業作為防腐劑、抗凝劑和鹼化劑。它是水分子的共軛鹼。它是最簡單的二元陰離子之一。它存在於自然界的多種礦石中，例如褐鐵礦、鋁土礦等。

氫氧根離子

OH−和H+之間的關係是什麼？

在氫氧根離子中，氧的電負性比氫強。當它們形成共價鍵時，氧會將電子拉向自身，並在分子OH−上產生部分負電荷。這會吸引來自水或酸性介質中的正H+離子，形成水合氫離子。

• 當H+離子和氫氧根離子OH−的濃度相等時，它們形成水分子。它們相互吸引並形成水分子。

• 氫氧根離子的濃度決定溶液的pH值。

水合氫離子的形成

氫氧化鈉的化學式

氫氧化鈉是一種白色結晶固體。它的化學式是NaOH。它由鈉陽離子Na+和氫氧根陰離子OH−形成。它是一種廣泛用於工業和實驗室用途的鹼，例如清潔劑、制皂、炸藥、造紙工業等。它也稱為苛性鈉或燒鹼。

氫氧化鈉的結構

氫氧化鈉是由鈉離子和氫氧根離子透過離子鍵形成的。它是一箇中性分子，但它的單水合物形成正交晶體結構。其中，鈉被三個羥基離子和一個水分子包圍。

氫氧化鈉結構

氫氧化鈉的製備

氫氧化鈉可以透過多種方法制備，例如水銀電解法、氯鹼法、隔膜法或水銀電解法中的鹽水溶液。

• 透過鹽水電解法制備氫氧化鈉 - 在此過程中，鹽水，即NaCl溶液，在隔膜電池中進行電解。電池包含陰極和陽極。

• 水在陰極被還原，形成氫氣和氫氧根離子。

$$\mathrm{2H_{2}O\:2e^{-}\rightarrow\:H_{2}\:+\:2OH^{-}}$$

• 在陽極，鹽水NaCl分解成氯離子Cl−和鈉離子Na+。

• 在此過程中，氯氣和氫氣可能會結合並引起爆炸，因此為了避免它們的反應，陰極與石棉的多孔隔膜相結合。

• 之後，鈉和氫氧根結合形成氫氧化鈉。

• 氯氣和氫氣隨後被淨化並壓縮到氣瓶中。

$$\mathrm{2Na\:+\:2OH^{-}\:\rightarrow\:2NaOH}$$

• 在此反應中也會形成一些副產品，即鈉金屬，它在陰極被汞汞齊化。

$$\mathrm{Na(aq)\:e^{-}\:+\:xHg(l)\rightarrow\:NaHg_{x}(l)}$$

• 在此過程中，溶液中產生的50%氫氧化鈉直接被去除，並進一步乾燥並以結晶形式NaOH·H₂O去除。

氫氧化鈉的製備

物理和化學性質

物理性質

物理性質	屬性
顏色	白色
外觀	結晶狀
化學式	$\mathrm{NaOH}$
氣味	無味
密度	2.13 g/cm3
溶解度	溶於水和甘油，不溶於乙醚。
沸點	1388°C
熔點	318°C

化學性質

• 與酸的反應 - 當它與酸反應時，會形成鹽和水。

$$\mathrm{NaOH(aq)\:+\:HCl(aq)\:\rightarrow\:NaCl(aq)\:+\:H_{2}O(l)}$$

• 與金屬的反應 - 當氫氧化鈉在高溫下與金屬反應時，會形成金屬氧化物並釋放氫氣和鈉。

$$\mathrm{4Fe\:+\:6NaOH\rightarrow\:2Fe_{2}O_{3}\:+\:3H_{2}\:+\:6Na}$$

• 與酸性氧化物的反應 - 當它與酸性氧化物二氧化碳反應時，會形成碳酸鈉和水。這是一個放熱反應。

$$\mathrm{2NaOH\:+\:CO_{2}\rightarrow\:Na_{2}CO_{3}\:+\:H_{2}O}$$

氫氧化鈉的用途

• 金屬氫氧化物不溶於水，但氫氧化鈉溶於水，因此它用於水處理，沉澱金屬氫氧化物，如氫氧化鋁。

$$\mathrm{6NaOH(aq)\:+\:{Al_{2}}(SO_{4})_{3}(aq)\rightarrow\:2Al(OH)_{3}(s)\:+\:3Na_{2}SO_{4}(aq)}$$

• 氫氧化鈉會緩慢與玻璃反應，形成矽酸鈉。

• 它用於皂化過程以形成洗滌劑。

• 氯漂白劑是透過將氫氧化鈉與氯結合製備的。

• 它也用於製藥工業，用於製備抗凝劑、藥物等。

• 它用於燃料電池、食品防腐劑和食品加工。

與氫氧化鈉相關的健康危害

• 它具有高度腐蝕性，可引起嚴重的組織燒傷。

• 如果接觸氫氧化鈉溶液或固體，可能會引起眼睛和皮膚刺激以及皮炎。

• 食用或飲用氫氧化鈉可能會導致燒傷、嘔吐、噁心，甚至死亡等。

趣味知識

當我們要配製氫氧化鈉溶液時，我們總是將固體氫氧化鈉放入水中，而不是將水倒入固體氫氧化鈉中。當它溶解在水中時，會產生熱量，這些熱量被水吸收，而不是被氫氧化鈉吸收。如果我們將水倒在固體氫氧化鈉上，可能會造成燒傷。

結論

氫氧根是一種帶負電的陰離子，呈鹼性，pH值高。當它與H+離子反應時，透過形成離子鍵而中和。大多數金屬氫氧化物不溶於水，如氫氧化銅(II)或氫氧化鐵，但氫氧化鈉可溶於水。氫氧化鈉是一種無機化合物。它用於各種商業用途，例如食品工業、醫藥、實驗室等。

常見問題

1. 為什麼氫氧根離子單獨存在於水中？

氫氧根是一種帶負電的離子，即鹼，而H+離子是帶正電的酸。酸鹼會在溶液中反應並中和。因此，氫氧根離子單獨存在於水中。

2. 氫氧根離子的用途是什麼？

氫氧根離子是一種強鹼，用於許多化學反應。例如，氫氧化鉀用於農業。

3. 氫氧化鈉在造紙工業中的作用是什麼？

木材首先用氫氧化鈉和硫化鈉溶液處理。木材中不需要的物質溶解在溶液中，並純化用於製造紙張的纖維素。

4. 氫氧化鈉在土壤中的作用是什麼？

氫氧化鈉用於提高土壤的pH值。

5. 氫氧化鈉是否具有抗氧化效能？

從植物或土壤中提取的氫氧化鈉具有抗氧化效能。