Основа (химия)

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Натриев хидроксид (сода каустик), широко разпространена силна основа

Основите са вещества, които участват в химични реакции с киселини, приемайки протони или, според по-общата дефиниция, отдавайки електронни двойки.

Основите в широк смисъл включват три групи вещества:

  • Разтворими във вода метални хидроксиди: NaOH, Ca(OH)2 и други
  • Неразтворими във вода оксиди или хидроксиди, които могат да реагират с киселина: FeO, Al(OH)3 и други
  • Други съединения, които при разтварянето си във вода взаимодействат с нея и отделят хидроксидни йони по реакцията: B + H2O ⇋ HB+ + OH-: NH3, CH3NH2 и други

Повечето основи с практическо значение са водоразтворими хидроксиди. При разтварянето си те се дисоциират на метални катиони и хидроксидни аниони, а водородният им показател (pH) е по-голям от 7. Основите могат да се разглеждат като химически противоположни на киселините, тъй като дисоцииращите се във вода киселини увеличават концентрацията на хидрониеви йони (H3O+), докато основите я намаляват.

Дефиниции[редактиране | edit source]

В съвременната химия се използват няколко дефиниции за основа, които донякъде се различават по своя обхват. Най-широко използвана е дефиницията на Брьонстед-Лоури.

Основи на Арениус[редактиране | edit source]

Електронна структура на хидроксидния анион

През 1884 година шведският химик Сванте Август Арениус свързва общите свойства на основите с присъстващите в тях хидроксилни групи. Основа на Арениус е вещество, което увеличава концентрацията на хидроксидни аниони (OH-) при разтваряне във вода. Това определение следва от равновесната дисоциация на водата на хидрониеви катиони и хидроксилни аниони:[1]

H2O(l) + H2O(l) ⇋ H3O+(aq) + OH(aq)

В чистата вода по-голямата част от веществото е във вид на молекули H2O, но малък брой молекули непрекъснато се дисоциират и реасоциират. Чистата вода е с неутрална киселинност, тъй като концентрацията на хидроксилни йони винаги остава равна на тази на хидрониевите йони.

Киселина на Арениус е вещество, което при разтваряне във вода увеличава концентрацията на хидрониеви йони.

Основи на Брьонстед-Лоури[редактиране | edit source]

Неутрализационна реакция на газообразни хлороводород и амоняк, при която се получава газообразен амониев хлорид

Макар че определението на Арениус е полезно за описването на много реакции, то остава твърде ограничено. През 1923 година датчанинът Йоханес Николаус Брьонстед и англичанинът Мартин Лоури самостоятелно установяват, че реакциите между киселина и основа са свързани с прехвърлянето на протон. Основа на Брьонстед-Лоури (или само основа на Брьонстед) е вещество, което отдава протон при реакция с киселина на Брьонстед-Лоури.[1]

Определението на Брьонстед-Лоури обхваща и молекулни съединения, докато това на Арениус е ограничено до йонните. Хлороводородът (HCl) и амонякът могат да реагират при различни условия, образувайки амониев хлорид (NH4Cl). Във воден разтвор HCl се държи като солна киселина и присъства под формата на хидрониеви и хлорни йони. Следната реакция показва ограниченията на определението на Арениус:

  1. H3O+(aq) + Cl(aq) + NH3 → Cl(aq) + NH4+(aq)
  2. HCl(бензен) + NH3(бензен) → NH4Cl(s)
  3. HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(s)

И двете дефиниции са напълно приложими за първия пример, където водата е разтворител и се образува хидрониев йон. Следващите две реакции не включват образуването на йони, но също са реакции с отдаване на протон. Във втората реакция хлороводородът и амонякът, разтворени в бензен, реагират и образуват твърд амониев хлорид, а в третата газообразни HCl и NH3 се съединяват в твърдо вещество.

Основи на Люис[редактиране | edit source]

Американският химик Гилбърт Люис предлага трето определение за основа, което обхваща и реакции, със свойствата на тези между киселина и основа, но които не включват отдаване на протон. Основа на Люис е вещество, което при реакция с киселина на Люис отдава електронна двойка от друго вещество.[1] По този начин всички основи на Брьонстед са и основи на Люис, но не всички основи на Люис са основи на Брьонстед.

Дисоциация и равновесие[редактиране | edit source]

Воден разтвор на натриев хидроксид

Дисоциацията на хидроксидните основи често се обобщават във формата B + H2O ⇋ HB+ + OH, където B е основата, а HBn+ е нейната спрегната киселина. Спрегнатите двойки киселина-основа се различават само по един протон и могат да бъдет преобразувани една в друга чрез добавяне, съответно премахване, на протон. По принцип е възможно основата да е заредена, а киселината - неутрална. В този случай общият вид на реакцията е B- + H2O ⇋ HB + OH.

В разтвор съществува химическо равновесие между основата и нейната спрегната киселина. Константата на равновесието K изразява равновесната концентрация на молекулите или йоните в разтвора. При реакциите киселина-основа обикновено се използва константата Kb. Нейната стойност е равна на концентрацията на OH- и на спрегнатата киселина, разделена на концентрацията на основата:

K_b = \frac{[\mbox{HB}^+] [\mbox{OH}^-]}{[\mbox{B}]}

По-силните основи имат по-голяма константа Kb - съотношението на хидроксидни йони към основа е по-високо при по-силните основи, тъй като те са по-склонни да приемат протон.

Тъй като стойностите на Kb са в много широк интервал, по-често се използва показателят pKb = -log10 Kb. По-силните основи имат по-малък pKb.

Химични свойства[редактиране | edit source]

Основната характеристика на основите е тяхната способност да неутрализират киселините, приемайки от тях протони (отдавайки електронни двойки). Освен с киселините, основите могат да реагират и с киселинни оксиди, амфотерни оксиди, амфотерни хидроксиди. Специфични реакции за някои основи са взаимодействията със соли и прости вещества на елементи с двойствен характер и халогенни елементи, както и участието в окислително-редукционни процеси.

Водоразтворимите основи имат алкална реакция - променят червения лакмус в син и оцветяват фенолфталеина в малиненочервено.

Неутрализация[редактиране | edit source]

При неутрализацията на киселини основите на Арениус отделят вода и сол. Например, при взаимодействието на един мол натриева основа с един мол солна киселина се получават един мол натриев хлорид и един мол вода:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Вода се отделя и при неутрализацията при някои оксидни основи. Така при взаимодействието на мравчена киселина с магнезиев оксид се получават магнезиев формат и вода:

2HCO2H + MgO → Mg(HCO2)2 + H2O

Някои неутрализационни реакции протичат без отделяне или присъствие на вода. Например, при неутрализацията на флуороводород с амоняк се отделя само амониев флуорид:

HF + NH3 → NH4F

Алкални хидроксиди[редактиране | edit source]

Калциев хидроксид (гасена вар), широко разпространен алкален хидроксид

Широко разпространена група основи са хидроксидите на алкалните и алкалоземните метали. Броят на хидроксидните групи в тези основи показва тяхната валентност. Например, NaOH е едновалентна основа, а Са(ОН)2 е двувалентна основа.

Алкалните хидроксиди са водоразтворими и често се определят като силни основи, които могат да неутрализират дори много слаби киселини. Обикновено в групата на силните основи се включват основи, чиято спрегната киселина е много слаба - има логаритмичен коефициент на дисоциация (pKa) над 13.

Примери за тази група съединения са:

Свръхоснови[редактиране | edit source]

Приложение[редактиране | edit source]

Основите намират приложение както в много клонове на промишлеността, така и в бита/домакинството и са важни лабораторни реактиви.

Бележки[редактиране | edit source]

  1. а б в ((en)) Ebbing, D. D и др. General chemistry. Boston, MA, Houghton Mifflin, 2005. ISBN 0-618-51177-6.

Вижте също[редактиране | edit source]