Jump to content

База (химия)

Мыло - это слабые основания, образованные реакцией жирных кислот с гидроксидом натрия или гидроксида калия .

В химии существует три определения общего использования слова « база »: базы Аррениуса , базы Бренстеда и базы Льюиса . Все определения согласны с тем, что основы-это вещества, которые реагируют с кислотами , как первоначально предложено G.-F. Руэль в середине 18-го века.

В 1884 году Сванте Аррениус предположил, что основание является веществом, которое диссоциирует в водном растворе с образованием гидроксидных ионов OH Полем Эти ионы могут реагировать с ионами водорода (h + Согласно Аррениусу) от диссоциации кислот с образованием воды в кислотной реакции . Таким образом, основание было металлическим гидроксидом, таким как NaOH или CA (OH) 2 . Такие водные гидроксидные растворы были также описаны определенными характерными свойствами. Они скользкие на ощупь, могут попробовать горькие [ 1 ] и изменить цвет индикаторов pH (например, поверните красную лакмуту Blue).

В воде, изменяя аутооонизации равновесие иона водорода , основания дают растворы, в которых активность ниже, чем в чистой воде, то есть вода имеет pH выше 7,0 в стандартных условиях. Растворимая основа называется щелочной, если она содержит и выпускает OH ионы количественно . Оксиды металлов , гидроксиды и особенно алкоксиды являются основными, а конъюгатные основания - слабых кислот слабые основания.

Основания и кислоты рассматриваются как химические противоположности, потому что эффект кислоты на увеличение гидрония (H 3 O + ) концентрация в воде, тогда как основания снижают эту концентрацию. Реакция между водными растворами кислоты и основанием называется нейтрализацией , производя раствор воды и соль , в которой соль отделяется на свои компонентные ионы. Если водный раствор насыщается данным солевым растворенным веществом , любой дополнительный такой соль осаждает из раствора.

В более общей теории Brønsted -Lowry -Base -Base (1923) основание - это вещество, которое может принимать водородные катионы (H + ) - иначе известно как протоны . Это включает водные гидроксиды с момента OH реагирует с H + Чтобы сформировать воду, так что базы Аррениуса являются подмножеством баз Бренстеда. Тем не менее, существуют также другие основания Brønsted, которые принимают протоны, такие как водные растворы аммиака (NH 3 ) или его органические производные ( амины ). [ 2 ] Эти основания не содержат гидроксидного иона, но, тем не менее, реагируют с водой, что приводит к увеличению концентрации гидроксидного иона. [ 3 ] Кроме того, некоторые неконные растворители содержат основания Brønsted, которые реагируют с сольватированными протонами. Например, в жидком аммиаке , NH 2 является основным видом ионов, который принимает протоны из NH 4 + , кислые виды в этом растворителе.

Гн Льюис что вода, аммиак и другие основания могут образовывать связь с протоном из -за неспаренной пары электронов понял , , которой обладают основания. [ 3 ] В теории Льюиса базой является донором пары электронов , который может разделить пару электронов с акцептором электрона, который описывается как кислота Льюиса. [ 4 ] Теория Льюиса является более общей, чем модель Бренстеда, потому что кислота Льюиса не обязательно является протоном, но может быть другой молекулой (или ионом) с пустынной низменной орбиталом , которая может принять пару электронов. Одним из заметных примеров является трифторид бора (BF 3 ).

Некоторые другие определения как оснований, так и кислот были предложены в прошлом, но обычно не используются сегодня.

Характеристики

Общие свойства баз включают:

  • Концентрированные или сильные основания едят на органическом веществе и насильственно реагируют с кислыми веществами.
  • Водные растворы или расплавленные основания диссоциации в ионах и проводят электричество.
  • Реакции с индикаторами : основания становятся красной лакмусовой бумагой, синей, фенолфталеиновой розовой, держат бромотимол синий в его естественном цвете синего цвета и становятся метилор оранжево-желтым.
  • PH основного раствора в стандартных условиях превышает семь.
  • Базы горькие. [ 5 ]

Реакции между основаниями и водой

Следующая реакция представляет общую реакцию между основанием (B) и водой для получения конъюгатной кислоты (BH + ) и сопряженное основание (о ): [ 3 ] Константа равновесия, K B , для этой реакции можно найти с помощью следующего общего уравнения: [ 3 ]

В этом уравнении основание (b) и чрезвычайно прочное основание (конъюгатное основание OH ) конкурировать за протон. [ 6 ] В результате основы, которые реагируют с водой, имеют относительно небольшие равновесие постоянные значения. [ 6 ] Основание слабее, когда он имеет более низкое значение равновесия. [ 3 ]

Нейтрализация кислот

Аммиак пары от водного гидроксида аммония (в пробирках) реагируя с соляной кислотой стакане ), образуя хлорид аммония (белый дым).

Основания реагируют с кислотами, чтобы нейтрализовать друг друга с быстрой скоростью как в воде, так и в спирте. [ 7 ] При растворенном в воде сильное основание гидроксида натрия ионизируется в гидроксид и ионы натрия:

Аналогично, в воде хлорид кислотного водорода образует гидроний и ионы хлорида:

Когда два решения смешаны, H
3
O. +
и о
Ионы объединяются, образуя молекулы воды:

Если равные количества NaOH и HCl растворяются, основание и кислота точно нейтрализуются, оставляя только NaCl, эффективно столовую соль , в растворе.

Слабые основания, такие как пищевая сода или яичный белок, должны использоваться для нейтрализации любых разливов кислоты. Нейтрализующие разливы кислоты с помощью сильных оснований, таких как гидроксид натрия или гидроксид калия , могут вызвать насильственную экзотермическую реакцию, а сама основание может нанести столько же повреждения, сколько исходный разлив кислоты.

Щелочность негидроксидов

Основы обычно представляют собой соединения, которые могут нейтрализовать количество кислоты. Как карбонат натрия , так и аммиак являются основаниями, хотя ни одно из этих веществ не содержит OH
группа Оба соединения принимают H + Когда растворяются в протетических растворителях, таких как вода:

Из этого pH или кислотность могут быть рассчитаны для водных растворов оснований.

Основание также определяется как молекула, которая способна принимать электронную связь, входя в валентную оболочку другого атома, благодаря владению одной парой электронов. [ 7 ] Существует ограниченное количество элементов, которые имеют атомы, способные обеспечить молекулу с основными свойствами. [ 7 ] Углерод может действовать как основание, а также азот и кислород . Фтор, а иногда и редкие газы также обладают этой способностью. [ 7 ] Это происходит обычно в таких соединениях, как бутиловый литий , алкоксиды и металлические амиды , такие как амид натрия . Основы углерода, азота и кислорода без резонансной стабилизации обычно очень сильны, или супербазы , которые не могут существовать в водном растворе из -за кислотности воды. Резонансная стабилизация, однако, позволяет более слабым основаниям, таким как карбоксилаты; Например, ацетат натрия является слабым основанием .

Сильные основания

Сильное основание - это базовое химическое соединение, которое может удалить протон (h + ) из (или депротоната ) молекулы даже очень слабой кислоты (такой как вода) в кислотной реакции. Общие примеры сильных оснований включают гидроксиды щелочных металлов и щелочных металлов Земли, таких как NaOH и CA (OH)
2
соответственно. Из -за их низкой растворимости некоторые основания, такие как щелочные гидроксиды Земли, могут использоваться, когда коэффициент растворимости не учитывается. [ 8 ]

Одним из преимуществ этой низкой растворимости является то, что «многие антациды были суспензиями гидроксидов металлов, таких как гидроксид алюминия и гидроксид магния»; [ 9 ] Соединения с низкой растворимостью и способностью остановить увеличение концентрации гидроксида, предотвращая вред тканей во рту, пищеводе и желудке. [ 9 ] По мере того, как реакция продолжается, и соли растворяются, желудочная кислота реагирует с гидроксидом, полученным суспензиями. [ 9 ]

Сильные основания гидролиз в воде практически полностью, что приводит к выравнивающему эффекту ». [ 7 ] В этом процессе молекула воды в сочетании с сильным основанием из -за амфотерной способности воды; И выпускается гидроксид -ион. [ 7 ] Очень сильные основания могут даже депротонировать очень слабо кислые группы C -H в отсутствие воды. Вот список нескольких сильных баз:

Гидроксид лития Любой другой
Гидроксид натрия Нао
Гидроксид калия Ко
Гидроксид Rubidium Rboh
Цезий гидроксид CSOH
Гидроксид магния Мг (Ох)
2
Гидроксид кальция Как (о)
2
Гидроксид стронция SR (Ох)
2
Гидроксид бария Ba (OH)
2
Тетраметиламмоний гидроксид N (гл
3
)
4
Ох
Гуанидин HNC (NH
2
)
2

Катионы этих сильных оснований появляются в первой и второй группах периодической таблицы (щелочные и земные щелочные металлы). Тетраалкилированные гидроксиды аммония также являются сильными основаниями, поскольку они полностью диссоциации в воде. Гуанидин является особым случаем вида, который является исключительно стабильным, когда протонирован, аналогично причине, которая делает перхловую кислоту и серную кислоту очень сильной кислотой.

Кислоты с AP K A более чем около 13 считаются очень слабыми, а их сопряженные основания являются сильными основаниями.

Супербазы

Соли 1 группы карбанинов , амидных ионов и гидридов имеют тенденцию быть еще более сильными основаниями из -за крайней слабости их конъюгатных кислот, которые представляют собой стабильные углеводороды, амины и дигидроген. Обычно эти основания создаются путем добавления чистых щелочных металлов, таких как натрий в конъюгатную кислоту. Они называются супербазами , и невозможно держать их в водных растворах, потому что они являются более сильными основаниями, чем гидроксид -ион (см. Эффект выравнивания .) Например, ион этоксида (конъюгатное основание этанола) подвергается этой реакции количественно в присутствии вода. [ 10 ]

Примерами общих супербаз являются:

Самые сильные супербазы синтезируются только в газовой фазе:

Слабые основания

Слабое основание - это то, что не полностью ионизируется в водном растворе или в которой протонирование неполна. Например, аммиак передает протон в воду в соответствии с уравнением [ 11 ]

NH 3 (aq) + H 2 O (L) → NH +
4
(aq) + oh - (aq)

Константа равновесия для этой реакции при 25 ° С составляет 1,8 х 10 −5 , [ 12 ] Такой, что степень реакции или степени ионизации довольно мала.

Льюис базы

или Основание Льюиса донор -электрон-пары -это молекула с одной или несколькими высокоэнергетическими одинокими парами электронов, которые можно разделить с низкоэнергетической вакантной орбиталью в акцепторной молекуле для формирования аддукта . В дополнение к ч + , возможные акцепторы электронов-пары (кислоты Lewis) включают нейтральные молекулы, такие как BF 3 и ионы металлов с высоким уровнем окисления, такие как AG 2+ , Fe 3+ и мн 7+ Полем Аддукты с участием ионов металлов обычно описываются как координационные комплексы . [ 13 ]

Согласно первоначальной составе Льюиса , когда нейтральное основание образует связь с нейтральной кислотой, происходит состояние электрического напряжения. [ 7 ] Кислота и основание имеют электронную пару, которая раньше принадлежала основанию. [ 7 ] В результате создается высокий дипольный момент, который может быть уменьшен только до нуля путем перестройки молекул. [ 7 ]

Твердые основания

Примеры твердых оснований включают:

  • Оксидные смеси: SIO 2 , Al 2 O 3 ; MGO, SIO 2 ; CAO, SIO 2 [ 14 ]
  • Конные основания: Lico 3 на кремнеземах; NR 3 , NH 3 , KNH 2 на глинозме; Naoh, Koh монтируется на кремнеземах на глинозме [ 14 ]
  • Неорганические химические вещества: Bao, Knaco 3 , Beo, Mgo, Cao, KCN [ 14 ]
  • Анионные обменные смолы [ 14 ]
  • Уголь, который был обработан при 900 градусов по Цельсию или активируется с N 2 O, NH 3 , Zncl 2 -nh 4 Cl -Co 2 [ 14 ]

В зависимости от способности твердой поверхности успешно образовывать конъюгатное основание путем поглощения электрически нейтральной кислоты определяется основная прочность поверхности. [ 15 ] «Количество основных участков на единицу поверхности твердого вещества» используется для выражения того, сколько основной прочности обнаруживается в твердом базовом катализаторе. [ 15 ] Ученые разработали два метода для измерения количества основных участков: один, титрование бензойной кислотой, используя показатели и адсорбцию газовой кислоты. [ 15 ] Твердый с достаточным количеством основной прочности поглощает электрически нейтральный кислотный индикатор и приведет к изменению цвета кислого индикатора на цвет его конъюгатного основания. [ 15 ] При выполнении метода адсорбции газообразной кислоты оксид азота . используется [ 15 ] Основные участки затем определяются путем расчета количества углекислого газа, который поглощается. [ 15 ]

Основания как катализаторы

Основные вещества могут использоваться в качестве нерастворимых гетерогенных катализаторов химических реакций . Некоторые примеры - оксиды металлов, такие как оксид магния , оксид кальция и оксид бария , а также фторид калия на глинозем и некоторых цеолитах . Многие переходные металлы делают хорошие катализаторы, многие из которых образуют основные вещества. Основные катализаторы используются для гидрирования , миграции двойных связей , в восстановлении Meerwein-Ponndorf-Verley , реакции Майкла и многих других. И CAO, и BAO могут быть очень активными катализаторами, если они нагреваются до высоких температур. [ 15 ]

Использование баз

  • Гидроксид натрия используется при изготовлении мыла, бумаги и района синтетического волокна .
  • Гидроксид кальция (Slaked Lime) используется при изготовлении отбеливающего порошка.
  • Гидроксид кальция также используется для очистки диоксида серы , что вызвано выхлопным газом, который находится на электростанциях и заводах. [ 9 ]
  • Гидроксид магния используется в качестве «антацида» для нейтрализации избыточной кислоты в желудке и лечения расстройства желудка.
  • Карбонат натрия используется в качестве промывки соды и для смягчения жесткой воды.
  • Бикарбонат натрия (или карбонат водорода натрия) используется в качестве пищевой соды в приготовлении пищи, для изготовления разрыхлителей в качестве антацида для лечения расстройства желудка и в газированном огнетушитель.
  • Гидроксид аммония используется для удаления жира пятен из одежды

Монопротские и полипротичные основания

Основания только с одним ионизируемым гидроксидом ) ион на формулу единицы называются монопроте , поскольку они могут принять один протон (h + ) Основы с более чем одним OH- на единицу формулы являются полипротичными . [ 16 ]

Количество ионизируемого гидроксида (О, ) Ионы, присутствующие в одной формуле, также называют кислотностью основания . [ 17 ] [ 18 ] На основании оснований кислотности могут быть классифицированы на три типа: моноацидные, диацидные и триацидные.

Моноацидные основания

Гидроксид натрия

Когда одна молекула основания посредством полной ионизации производит один гидроксид -ион, основание, как говорят, является моноацидным или монопромовым основанием. Примеры моноацидных оснований:

Гидроксид натрия , гидроксид калия , гидроксид серебра , гидроксид аммония и т. Д.

Диацидные основания

Когда одна молекула основания посредством полной ионизации производит два иона гидроксида , основание считается диацидом или дипротичкой . Примеры диасидных оснований:

Гидроксид бария

Гидроксид бария , гидроксид магния , гидроксид кальция , гидроксид цинка , гидроксид железа (II) , гидроксид олова (II) , гидроксид свинца (II) , медный (II) гидроксид и т. Д.

Триацидные основания

Когда одна молекула основания посредством полной ионизации производит три ионы гидроксида , основание называется трицидным или трирозотическим . Примеры трицидных оснований:

Гидроксид алюминия , гидроксид железа , золотой тригидроксид , [ 18 ]

Этимология термина

Концепция базы проистекает из более старого алхимического понятия «Матрица»:

Термин «база», по -видимому, был впервые использован в 1717 году французским химиком Луи Лемери , в качестве синонима для старого парацельского термина «матрица». В соответствии с анимизмом 16-го века , Парацельс постулировал, что встречающиеся в природе соли росли внутри земли в результате универсального кислотного или семенного принципа, пропитывающего земную матрицу или матку. ... однако его современное значение и общее введение в химический словарь обычно приписываются французским химику Гийому-Франсуа Руэль . ... в 1754 году Руэль явно определила нейтральную соль как продукт, образованный объединением кислоты с любым веществом, будь то растворимый в воде щелочи, летучие щелочи, абсорбирующую землю, металл или масло, способное служит «основой» для соли », давая ей бетон или твердую форму». Большинство кислот, известных в 18 -м веке, были нестабильными жидкостями или «духами», способными к дистилляции, тогда как соли по самой своей природе были кристаллическими твердыми веществами. Следовательно, это было вещество, которое нейтрализовало кислоту, которая предположительно разрушила волатильность или дух кислоты и которое придало свойство прочности (то есть придало бетонную основу) полученную соль.

- Уильям Б. Дженсен , Происхождение термина «база» [ 19 ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Johlubl, Matthew E. (2009). Исследование химии: перспектива судебной науки (2 -е изд.). Нью -Йорк: WH Freeman и Co. ISBN  978-1429209892 Полем OCLC   392223218 .
  2. ^ Whitten et al. (2009) , с.
  3. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Unddahl & Decoste (2013) , с. 257
  4. ^ Whitten et al. (2009) , с.
  5. ^ «Определение базы» . www.merriam-webster.com . Архивировано из оригинала 21 марта 2018 года . Получено 3 мая 2018 года .
  6. ^ Jump up to: а беременный Unddahl & Decoste (2013) , с. 258
  7. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Льюис, Гилберт Н. (сентябрь 1938 г.). «Кислоты и основания» . Журнал Франклинского института . 226 (3): 293–313. doi : 10.1016/s0016-0032 (38) 91691-6 . Архивировано из оригинала 2 ноября 2021 года . Получено 3 сентября 2020 года .
  8. ^ Unddahl & decoste (2013) , p. 255
  9. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Unddahl & Decoste (2013) , с. 256
  10. ^ «10.4.1. Алкоксидные ионы» . Химия Либретлекты . Libretext. 16 июля 2015 года . Получено 28 октября 2022 года .
  11. ^ Уиттен, Кеннет У.; Гейли, Кеннет Д.; Дэвис, Рэймонд Э. (1992). Общая химия (4 -е изд.). Saunders College Publishing. п. 358. ISBN  0-03-072373-6 .
  12. ^ Petrucci, Ralph H.; Харвуд, Уильям С.; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия. Принципы и современные приложения (8 -е изд.). Прентис Холл. п. 678. ISBN  0-13-014329-4 .
  13. ^ Miessler, Gary L.; Тарр, Дональд А. (1999). Неорганическая химия (2 -е изд.). Прентис-Холл. С. 157–159. ISBN  0-13-841891-8 .
  14. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Танабе, Козо (1970). Твердые кислоты и основания: их каталитические свойства . Академическая пресса. п. 2. ISBN  9780323160582 Полем Архивировано из оригинала 8 октября 2022 года . Получено 19 февраля 2015 года .
  15. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Танабе, К.; Мисоно, м.; Ono, y.; Хаттори, Х. (1990). Новые твердые кислоты и основания: их каталитические свойства . Elsevier. п. 14. ISBN  9780080887555 Полем Архивировано из оригинала 8 октября 2022 года . Получено 19 февраля 2015 года .
  16. ^ «Полипротские кислоты и основания» . Химия Либретлекты . 13 июля 2016 года. Архивировано с оригинала 9 января 2022 года . Получено 9 января 2022 года .
  17. ^ «Электрофил - нуклеофил - основность - кислотность - масштаб рН» . Городской университет . Архивировано с оригинала 30 июня 2016 года . Получено 20 июня 2016 года .
  18. ^ Jump up to: а беременный «Введение в базы: классификация, примеры с вопросами и видео» . Toppr-Guides . 2 февраля 2018 года. Архивировано с оригинала 26 июля 2020 года . Получено 14 марта 2019 года .
  19. ^ Дженсен, Уильям Б. (2006). «Происхождение термина« база » » (PDF) . Журнал химического образования . 83 (8): 1130. Bibcode : 2006jched..83.1130J . doi : 10.1021/ed083p1130 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года.
  • Уиттен, Кеннет У.; Пек, Ларри; Дэвис, Рэймонд Э.; Локвуд, Лиза; Стэнли, Джордж Г. (2009). Химия (9 -е изд.). ISBN  978-0-495-39163-0 .
  • Зумдаль, Стивен; Decoste, Дональд (2013). Химические принципы (7 -е изд.). Мэри Финч.
  • Словажное определение базы в Wiktionary
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c2b2a4f9a745a710c3f9164a2ea6807b__1723087080
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c2/7b/c2b2a4f9a745a710c3f9164a2ea6807b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Base (chemistry) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)