База (химия)

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

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:
- Бутиловый литий (NC 4 H 9 LI)
- Литий -диизопропиламид (LDA) [(Ch 3 ) 2 Ch] 2 NLI
- Литий -диэтиламид (LDEA) (c
2 часа
5 )
2 нли - Амид натрия (NANH 2 )
- Гидрид натрия (нах)
- Литий бис (триметилсилил) амид [(гл
3 )
3 си]
2 нли
Самые сильные супербазы синтезируются только в газовой фазе:
- Ortho-Diethynylbenzene Dianion (C 6 H 4 (C 2 ) 2 ) 2− (самая сильная супербаза, когда -либо синтезированная)
- Мета-диэтинилбенцен Дианион (C 6 H 4 (C 2 ) 2 ) 2− (Вторая самая сильная супербаза)
- Para-Diethynylbenzene Dianion (C 6 H 4 (C 2 ) 2 ) 2− (Третья самая сильная супербаза)
- Литий монооксидный анион (Lio − ) считался самой сильной супербазой до того, как были созданы диэтилбенцен Дианионы.
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 (о − ) 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

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 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
- Кислотные реакции
- Кислоты
- Обоснованность базы (используется в экологии, ссылаясь на окружающую среду)
- Сопряженная база
- Кислоты и основания Льюиса
- Титрование
Ссылки
- ^ Johlubl, Matthew E. (2009). Исследование химии: перспектива судебной науки (2 -е изд.). Нью -Йорк: WH Freeman и Co. ISBN 978-1429209892 Полем OCLC 392223218 .
- ^ Whitten et al. (2009) , с.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Unddahl & Decoste (2013) , с. 257
- ^ Whitten et al. (2009) , с.
- ^ «Определение базы» . www.merriam-webster.com . Архивировано из оригинала 21 марта 2018 года . Получено 3 мая 2018 года .
- ^ Jump up to: а беременный Unddahl & Decoste (2013) , с. 258
- ^ 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 .
- ^ Unddahl & decoste (2013) , p. 255
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Unddahl & Decoste (2013) , с. 256
- ^ «10.4.1. Алкоксидные ионы» . Химия Либретлекты . Libretext. 16 июля 2015 года . Получено 28 октября 2022 года .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Miessler, Gary L.; Тарр, Дональд А. (1999). Неорганическая химия (2 -е изд.). Прентис-Холл. С. 157–159. ISBN 0-13-841891-8 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ «Полипротские кислоты и основания» . Химия Либретлекты . 13 июля 2016 года. Архивировано с оригинала 9 января 2022 года . Получено 9 января 2022 года .
- ^ «Электрофил - нуклеофил - основность - кислотность - масштаб рН» . Городской университет . Архивировано с оригинала 30 июня 2016 года . Получено 20 июня 2016 года .
- ^ 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 .
- ^ 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.
Внешние ссылки
Словажное определение базы в Wiktionary