БАЗЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

В основе лежат все те химические соединения, которые могут отдавать электроны или принимать протоны. В природе или искусственно существуют как неорганические, так и органические основания. Поэтому его поведение можно предсказать для многих ионных молекул или твердых тел.

Однако то, что отличает основание от остальных химических веществ, - это его явная тенденция отдавать электроны по сравнению, например, с частицами, бедными электронной плотностью. Это возможно только при наличии электронной пары. Как следствие этого, основания имеют богатые электронами области, δ-.

Мыла - это слабые основания, образующиеся в результате реакции жирных кислот с гидроксидом натрия или гидроксидом калия.

Какие органолептические свойства позволяют идентифицировать основания? Обычно это едкие вещества, которые при физическом контакте вызывают серьезные ожоги. В то же время они имеют мыльный оттенок и легко растворяют жиры. Кроме того, его вкус горький.

Где они в повседневной жизни? Коммерческим и обычным источником основы являются чистящие средства, от моющих средств до мыла для рук. По этой причине изображение некоторых пузырей, подвешенных в воздухе, может помочь вспомнить основы, даже если за ними задействовано множество физико-химических явлений.

Многие основы обладают совершенно разными свойствами. Например, некоторые из них имеют неприятный и резкий запах, например, органические амины. Другие же, например, аммиак, проникают и раздражают. Они также могут быть бесцветными жидкостями или ионными белыми твердыми веществами.

Однако у всех оснований есть одна общая черта: они реагируют с кислотами с образованием растворимых солей в полярных растворителях, таких как вода.

Характеристики оснований

Мыло - это основа

Помимо того, что уже было сказано, какими конкретными характеристиками должны обладать все базы? Как они могут принимать протоны или отдавать электроны? Ответ кроется в электроотрицательности атомов молекулы или иона; и среди всех них кислород является преобладающим, особенно когда он находится в виде гидроксильного иона OH ^- .

Физические свойства

Основы имеют кислый вкус и, за исключением нашатырного спирта, не имеют запаха. Его текстура скользкая и может менять цвет лакмусовой бумаги на синий, метиловый оранжевый - на желтый, а фенолфталеин - на фиолетовый.

Прочность основания

Базы подразделяются на сильные и слабые. Прочность основания связана с его константой равновесия, поэтому в случае оснований эти константы называются константами основности Kb.

Таким образом, сильные основания имеют большую константу основности, поэтому они имеют тенденцию полностью диссоциировать. Примерами этих кислот являются щелочи, такие как гидроксид натрия или калия, константы основности которых настолько велики, что их невозможно измерить в воде.

С другой стороны, слабое основание - это основание, константа диссоциации которого мала, поэтому оно находится в химическом равновесии.

Примерами их являются аммиак и амины, кислотные константы которых составляют порядка 10 ^-4 . На рис. 1 показаны разные константы кислотности для разных оснований.

Константы диссоциации оснований.

pH больше 7

Шкала pH измеряет уровень щелочности или кислотности раствора. Шкала колеблется от нуля до 14. pH ниже 7 является кислым. PH больше 7 является основным. Средняя точка 7 представляет собой нейтральный pH. Нейтральный раствор не является ни кислотным, ни щелочным.

Шкала pH получается как функция концентрации H ⁺ в растворе и обратно пропорциональна ей. Основания, уменьшая концентрацию протонов, увеличивают pH раствора.

Способность нейтрализовать кислоты

Аррениус в своей теории предполагает, что кислоты, будучи способными генерировать протоны, реагируют с гидроксилом оснований с образованием соли и воды следующим образом:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Эта реакция называется нейтрализацией и является основой аналитического метода, называемого титрованием.

Способность восстановления оксида

Учитывая их способность производить заряженные частицы, основания используются в качестве среды для переноса электронов в окислительно-восстановительных реакциях.

Основания также имеют тенденцию к окислению, поскольку они обладают способностью отдавать свободные электроны.

Основания содержат ионы OH-. Они могут действовать, отдавая электроны. Алюминий - это металл, который вступает в реакцию с основаниями.

2Al + 2NaOH + 6H ₂ O → 2NaAl (OH) ₄ + 3H ₂

Они не вызывают коррозии многих металлов, потому что металлы имеют тенденцию терять, а не принимать электроны, но основания очень агрессивны по отношению к органическим веществам, таким как те, что составляют клеточную мембрану.

Эти реакции обычно являются экзотермическими, которые вызывают сильные ожоги при контакте с кожей, поэтому с этим типом веществ следует обращаться осторожно. Рисунок 3 - индикатор безопасности, когда вещество вызывает коррозию.

Маркировка агрессивных веществ.

Они выпускают ОН

Начнем с того, что ОН ^- может присутствовать во многих соединениях, в основном в гидроксидах металлов, так как вместе с металлами он имеет тенденцию «брать» протоны для образования воды. Таким образом, основанием может быть любое вещество, которое высвобождает этот ион в раствор посредством равновесия растворимости:

М (ОН) ₂ <=> М ²⁺ + 2ОН ^-

Если гидроксид очень растворим, равновесие полностью смещается вправо от химического уравнения, и мы говорим о сильном основании. M (OH) ₂ , с другой стороны, является слабым основанием, так как он не полностью выделяет свои ионы OH ^- в воду. После образования ОН ^- он может нейтрализовать любую кислоту, которая находится вокруг него:

ОН ^- + НА => А ^- + Н ₂ О

И так ОН ^- deprotona к кислоте HA превратить в воду. Зачем? Потому что атом кислорода очень электроотрицателен, а также имеет избыточную электронную плотность из-за отрицательного заряда.

O имеет три пары свободных электронов и может отдать любую из них частично положительно заряженному атому H, δ +. Кроме того, протеканию реакции способствует высокая энергетическая стабильность молекулы воды. Другими словами: H ₂ O намного более стабильна, чем HA, и когда это правда, реакция нейтрализации будет происходить.

Конъюгированные основания

А как насчет ОН ^- и А ^- ? Оба являются основаниями, с той разницей, что А ^- сопряженное основание кислоты HA. Кроме того, A ^- намного более слабое основание, чем OH ^- . Отсюда напрашивается следующий вывод: база реагирует на создание более слабой.

Базовое _{сильное} + кислотное _{сильное} => базовое _слабое + кислотное _слабое

Как видно из общего химического уравнения, то же самое верно и для кислот.

Основание конъюгата A ^- может депротонировать молекулу в реакции, известной как гидролиз:

А ^- + Н ₂ О <=> НА + ОН ^-

Однако, в отличие от ОН ^- , он устанавливает равновесие при нейтрализации водой. Опять же, это потому, что A ^- намного более слабое основание, но его достаточно, чтобы вызвать изменение pH раствора.

Поэтому все те соли, которые содержат A ^- известны как основные соли. Примером из них является карбонат натрия Na ₂ CO ₃ , который после растворения делает раствор щелочным в результате реакции гидролиза:

CO ₃ ^2– + H ₂ O <=> HCO ₃ ^- + OH ^-

У них есть атомы азота или заместители, которые притягивают электронную плотность.

Основание - это не только ионные твердые вещества с анионами ОН ^- в их кристаллической решетке, но они также могут иметь другие электроотрицательные атомы, такие как азот. Эти типы оснований относятся к органической химии, и среди наиболее распространенных - амины.

Что такое аминогруппа? R-NH ₂ . На атоме азота есть неподеленная электронная пара, которая может, как и ОН ^- , депротонировать молекулу воды:

R - NH ₂ + H ₂ O <=> RNH ₃ ⁺ + OH ^-

Равновесие далеко левее, поскольку амин, хотя и основной, намного слабее ОН ^- . Обратите внимание, что реакция аналогична реакции, приведенной для молекулы аммиака:

NH ₃ + H ₂ O <=> NH ₄ ⁺ + ОН ^-

Только то, что амины не могут образовывать катион NH ₄ ⁺ ; хотя RNH ₃ ⁺ представляет собой катион аммония с монозамещением.

И может ли он реагировать с другими соединениями? Да, с любым, у кого достаточно кислый водород, даже если реакция не идет полностью. То есть только очень сильный амин вступает в реакцию без установления равновесия. Точно так же амины могут отдавать свою пару электронов другим видам, кроме H (например, алкильным радикалам: -CH ₃ ).

Основы с ароматическими кольцами

Амины также могут иметь ароматические кольца. Если его пара электронов может быть «потеряна» внутри кольца, потому что кольцо притягивает электронную плотность, то его основность уменьшится. Зачем? Поскольку чем более локализована эта пара в структуре, тем быстрее она будет реагировать с частицами, бедными электронами.

Например, NH ₃ является основным, потому что его паре электронов некуда деваться. То же самое происходит с аминами, будь то первичные (RNH ₂ ), вторичные (R ₂ NH) или третичные (R ₃ N). Они более основные, чем аммиак, потому что, помимо того, что было только что объяснено, азот притягивает более высокие электронные плотности заместителей R, таким образом увеличивая δ-.

Но когда есть ароматическое кольцо, указанная пара может вступать в резонанс внутри него, делая невозможным участие в образовании связей с H или другими частицами. Следовательно, ароматические амины имеют тенденцию быть менее основными, если электронная пара не остается фиксированной на азоте (как в молекуле пиридина).

Примеры баз

NaOH,

Гидроксид натрия - одна из наиболее широко используемых оснований во всем мире. Его применения бесчисленны, но среди них мы можем упомянуть его использование для омыления некоторых жиров и, таким образом, для получения основных солей жирных кислот (мыла).

СН

Структурно может показаться, что ацетон не принимает протоны (или отдает электроны), но это так, хотя это очень слабое основание. Это происходит потому, что электроотрицательный атом O притягивает электронные облака групп CH ₃ , подчеркивая присутствие двух пар электронов (: O :).

Гидроксиды щелочных металлов

Помимо NaOH, гидроксиды щелочных металлов также являются сильными основаниями (за небольшим исключением LiOH). Таким образом, среди прочих баз можно выделить следующие:

-KOH: гидроксид калия или едкий калий, это одна из наиболее широко используемых оснований в лаборатории или в промышленности из-за его большой обезжиривающей способности.

-RbOH: гидроксид рубидия.

-CsOH: гидроксид цезия.

-FrOH: гидроксид франция, основность которого теоретически считается одной из самых сильных из когда-либо известных.

Органические основы

-CH ₃ CH ₂ NH ₂ : этиламин.

-LiNH ₂ : амид лития. Вместе с амидом натрия NaNH ₂ они являются одним из самых сильных органических оснований. В них амид-анион NH ₂ ^- это основание, которое депротонирует воду или вступает в реакцию с кислотами.

-CH ₃ ONa: метоксид натрия. Здесь основанием является анион CH ₃ O ^- , который может реагировать с кислотами с образованием метанола, CH ₃ OH.

-Реагенты Гриньяра: в них есть атом металла и галоген, RMX. В этом случае радикал R является основанием, но не потому, что он забирает кислый водород, а потому, что он отдает свою пару электронов, которую он разделяет с атомом металла. Например: этилмагнийбромид, CH ₃ CH ₂ MgBr. Они очень полезны в органическом синтезе.

NaHCO

Пищевая сода используется для нейтрализации кислотности в мягких условиях, например, во рту в качестве добавки к зубным пастам.

Ссылки

1. Merck KGaA. (2018). Органические основы. Взято с: sigmaaldrich.com
2. Wikipedia. (2018). Основы (химия). Взято с: es.wikipedia.org
3. Химия 1010. Кислоты и основания: что это такое и где они находятся. , Взято с: cactus.dixie.edu
4. Кислоты, основания и шкала pH. Взято с: 2.nau.edu
5. Группа Боднера. Определения кислот и оснований и роль воды. Взято с: chemed.chem.purdue.edu
6. Химия LibreTexts. Основы: свойства и примеры. Взято с сайта chem.libretexts.org
7. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. В кислотах и ​​основаниях. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
8. Helmenstine, Тодд. (04 августа 2018 г.). Названия 10 Основ. Получено с: thinkco.com