Основа (химия)

Основа
	Основа
Идентификатори
KEGG	C00701
	Данните са при стандартно състояние на материалите (25 °C, 100 kPa), освен ако не е указано друго.
	Основа в Общомедия

Натриев хидроксид (сода каустик), широко разпространена силна основа

Основите са вещества, които участват в химични реакции с киселини, 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 хидроксониеви йони (H₃O⁺), докато основите я намаляват.

Дефиниции

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

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

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 приема^[2] 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:

H₃O⁺(aq) + Cl⁻(aq) + NH₃ → Cl⁻(aq) + NH₄⁺(aq)
HCl(бензен) + NH₃(бензен) → NH₄Cl(s)
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

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

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 K_b. 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 K_b – 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 K_b са в много широк интервал, по-често се използва показателят pK_b = -log₁₀ K_b. По-силните основи имат по-малък pK_b.

Химични свойства

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

Основна статия: Неутрализация

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

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 (pK_a) над 13.

Примери за тази група съединения са:

Свръхоснови

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

Основна статия: Свръхоснова

Бутиллитий (n-C₄H₉Li)
Литиев диизопроприламид (LDA) [(CH₃)₂CH]₂NLi
Литиев диетиламид (LDEA) (C₂H₅)₂NLi
Натриев амид (NaNH₂)
Натриев хидрид (NaH)
Литиев бис(триметилсилил)амид [(CH₃)₃Si]₂NLi

Приложение

^{Този раздел е празен или е мъниче. Можете да помогнете на Уикипедия, като го разширите.}

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

Бележки

↑ ^а ^б ^в Ebbing, D. D et al. General chemistry. Boston, MA, Houghton Mifflin, 2005. ISBN 0-618-51177-6. (на английски)
↑ IUPAC Gold Book – Brønsted base // Архивиран от оригинала на 30 април 2013. Посетен на 18 февруари 2018.

Вижте също

[Ebbing-1] а ^б ^в Ebbing, D. D et al. General chemistry. Boston, MA, Houghton Mifflin, 2005. ISBN 0-618-51177-6. (на английски)

[2] IUPAC Gold Book – Brønsted base // Архивиран от оригинала на 30 април 2013. Посетен на 18 февруари 2018.

[1]

[2]