ОСНОВИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці фонди все ті хімічні сполуки , які можуть віддавати електрони або протони приймають. У природі або штучно існують як неорганічні, так і органічні основи. Тому його поведінку можна передбачити для багатьох іонних молекул або твердих тіл.

Однак, чим відрізняється основа від решти хімічних речовин, є її виражена тенденція до дарування електронів порівняно, наприклад, з видами, які мають низьку щільність електронів. Це можливо лише в тому випадку, якщо розміщена електронна пара. Як наслідок цього, бази мають багаті електронами області, δ-.

Мила - це слабкі основи, що утворюються в результаті реакції жирних кислот з гідроксидом натрію або гідроксидом калію.

Які органолептичні властивості дозволяють ідентифікувати основи? Вони, як правило, їдкі речовини, які викликають сильні опіки при фізичному контакті. При цьому вони мають мильний штрих і легко розчиняють жири. Крім того, його ароматизатори гіркі.

Де вони в повсякденному житті? Комерційним і звичайним джерелом основи є засоби для чищення, від миючих засобів до мила для рук. З цієї причини зображення деяких бульбашок, що знаходяться у повітрі, може допомогти запам’ятати основи, навіть незважаючи на те, що за ними відбувається чимало фізико-хімічних явищ.

Багато підстав мають абсолютно різні властивості. Наприклад, деякі мають неприємні та сильні запахи, наприклад органічні аміни. Інші, з іншого боку, такі як аміак, проникають і дратують. Вони також можуть бути безбарвними рідинами або білими іонними твердими речовинами.

Однак усі основи мають одне спільне: вони реагують з кислотами, утворюючи розчинні солі в полярних розчинниках, таких як вода.

Характеристика основ

Мило - основа

Крім того, що вже було сказано, які конкретні характеристики повинні мати всі основи? Як вони можуть приймати протони або дарувати електрони? Відповідь полягає в електронегативності атомів молекули або іона; і серед усіх них кисень є переважаючим, особливо коли він виявляється як гідроксильний іон, ОН ^- .

Фізичні властивості

Основи мають кислуватий смак і, крім аміаку, не мають запаху. Його текстура слизька і має здатність змінювати колір лакмусового паперу на синій, метиловий оранжевий на жовтий, а фенолфталеїн на фіолетовий.

Міцність основи

Основи класифікуються на сильні бази та слабкі бази. Міцність основи пов'язана з її постійною рівновагою, отже, у випадку основ, ці константи називаються константами основності Kb.

Таким чином, сильні основи мають велику постійність основності, тому вони мають тенденцію до дисоціації повністю. Прикладами таких кислот є луги, такі як гідроксид натрію або калію, константи основності яких настільки великі, що їх неможливо виміряти у воді.

З іншого боку, слабкою базою є та, чия константа дисоціації низька, тому вона знаходиться в хімічній рівновазі.

Прикладами цього є аміак та аміни, кислотні константи яких складають порядку 10 ^-4 . На малюнку 1 показані різні константи кислотності для різних основ.

Базові константи дисоціації.

pH більше 7

Шкала рН вимірює рівень лужності або кислотності розчину. Шкала коливається від нуля до 14. pH менше 7 - кислий. PH більший за 7 - основний. Середня точка 7 являє собою нейтральний pH. Нейтральний розчин не є ні кислим, ні лужним.

Шкала рН виходить у залежності від концентрації Н ⁺ у розчині і обернено пропорційна цьому. Основи, зменшуючи концентрацію протонів, підвищують рН розчину.

Здатність нейтралізувати кислоти

У своїй теорії Арреній пропонує, що кислоти, будучи здатними генерувати протони, реагують з гідроксилом основ, утворюючи сіль і воду наступним чином:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Ця реакція називається нейтралізацією і є основою аналітичної методики, що називається титруванням.

Ємність відновлення оксиду

Враховуючи їх здатність виробляти заряджені види, основи використовуються як середовище для передачі електронів у окислювально-відновних реакціях.

Основи також мають тенденцію до окислення, оскільки вони мають здатність дарувати вільні електрони.

Основи містять іони OH. Вони можуть діяти для дарування електронів. Алюміній - це метал, який реагує з основами.

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

Вони не роз’їдають багато металів, тому що метали, як правило, втрачають, а не приймають електрони, але основи є дуже корозійними для органічних речовин, таких як ті, що складають клітинну мембрану.

Ці реакції зазвичай є екзотермічними, що призводить до сильних опіків при контакті з шкірою, тому з цим типом речовини потрібно поводитися обережно. Фіг.3 - показник безпеки, коли речовина є корозійною.

Маркування корозійних речовин.

Вони випускають ОН

Для початку ОН ^- може бути присутнім у багатьох сполуках, головним чином у гідроксидах металів, оскільки в компанії металів він, як правило, «бере» протони для утворення води. Таким чином, основою може бути будь-яка речовина, яка виділяє цей іон у розчині через рівновагу розчинності:

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ + 2OH ^-

Якщо гідроксид дуже розчинний, рівновага повністю зміщується праворуч від хімічного рівняння, і ми говоримо про сильну основу. М (ОН) ₂ , з іншого боку, є слабкою основою, так як він не повністю звільнити його OH ^- іонів в воду. Після отримання ОН ^- він може нейтралізувати будь-яку кислоту, яка знаходиться навколо нього:

OH ^- + HA => A ^- + H ₂ O

І так ОН ^- депротон з кислотою НА перетворюється у воду. Чому? Оскільки атом кисню дуже електронегативний, а також має надлишкову електронну щільність через негативний заряд.

O має три пари вільних електронів і може пожертвувати будь-який з них частково позитивно зарядженим атомом Н, δ +. Також велика енергетична стійкість молекули води сприяє реакції. Іншими словами: H ₂ O набагато стійкіший ніж HA, і коли це правда, відбудеться реакція нейтралізації.

Сполучні основи

А як щодо OH ^- і A ^- ? Обидва є підставами, з тією різницею, що А ^- це кон'югована основа кислоти HA. Також A ^- набагато слабша база, ніж OH ^- . Звідси випливає такий висновок: база реагує на створення слабшого.

База _сильна + кислота _сильна => Основа _слабка + кислота _слабка

Як видно із загального хімічного рівняння, те саме стосується кислот.

Кон'югат основи А ^- може депротонувати молекулу в реакції, відомій як гідроліз:

A ^- + H ₂ O <=> HA + OH ^-

Однак, на відміну від ОН ^- , він встановлює рівновагу при нейтралізації водою. Знову ж таки це тому, що А ^- набагато слабша основа, але достатня, щоб викликати зміну pH розчину.

Тому всі ті солі, які містять А ^- відомі як основні солі. Прикладом їх є карбонат натрію, Na ₂ CO ₃ , який після розчинення базіфікує розчин за допомогою реакції гідролізу:

CO ₃ ^2– + H ₂ O <=> HCO ₃ ^- + OH ^-

Вони мають атоми азоту або заступники, які притягують електронну щільність

Основою є не тільки іонні тверді речовини з OH ^- аніонами в їх кристалічній решітці, але вони також можуть мати інші електронегативні атоми, такі як азот. Ці типи основ належать до органічної хімії, і серед найбільш поширених є аміни.

Що таке група амінів? R-NH ₂ . На атомі азоту є безгалована електронна пара, яка може, як і ОН ^- , депротонувати молекулу води:

R - NH ₂ + H ₂ O <=> RNH ₃ ⁺ + OH ^-

Рівновага знаходиться ліворуч, оскільки амін, хоча і основний, значно слабший, ніж ОН ^- . Зауважте, що реакція аналогічна реакції на молекулу аміаку:

NH ₃ + H ₂ O <=> NH ₄ ⁺ + OH ^-

Тільки те, що аміни не можуть утворювати катіон, NH ₄ ⁺ ; хоча RNH ₃ ⁺ є катіоном амонію з монозаміщенням.

І чи може він реагувати з іншими сполуками? Так, з тим, хто має достатньо кислий водень, навіть якщо реакція не відбудеться повністю. Тобто, лише дуже сильний амін реагує, не встановлюючи рівноваги. Аналогічно, аміни можуть дарувати свою пару електронів для інших видів, ніж Н (наприклад, алкільних радикалів: -CH ₃ ).

Основи з ароматичними кільцями

Аміни також можуть мати ароматичні кільця. Якщо його пара електронів може бути «загублена» всередині кільця, оскільки кільце притягує щільність електронів, то його основність зменшиться. Чому? Оскільки чим локалізованіша пара знаходиться в структурі, тим швидше вона реагуватиме з бідними електронами видами.

Наприклад, NH ₃ є основним, оскільки його пари електронів нікуди не діти. Те ж саме відбувається з амінами, незалежно від того, чи є вони первинними (RNH ₂ ), вторинними (R ₂ NH) або третинними (R ₃ N). Вони є більш основними, ніж аміак, оскільки, крім того, що було пояснено, азот притягує більш високі електронні щільності R-заступників, збільшуючи, таким чином, δ-.

Але коли є ароматичне кільце, зазначена пара може вступити в резонанс всередині нього, унеможливлюючи участь у формуванні зв’язків з Н або іншими видами. Тому ароматичні аміни, як правило, менш основні, якщо тільки пара електронів не залишається фіксованою на азоті (як у молекулі піридину).

Приклади основ

NaOH

Гідроксид натрію є однією з найбільш широко використовуваних баз у всьому світі. Його застосування незліченно, але серед них можна відзначити його використання для омилення деяких жирів і, таким чином, отримання основних солей жирних кислот (мила).

СН

Структурно ацетон, здається, не приймає протонів (або дарує електрони), але він це робить, навіть якщо це дуже слабка основа. Це тому, що електронегативний атом О притягує електронні хмари CH _3- груп , акцентуючи присутність двох його пар електронів (: O :).

Лужні гідроксиди

Крім NaOH, гідроксиди лужних металів також є міцними основами (за незначним винятком LiOH). Таким чином, серед інших баз є такі:

-KOH: гідроксид калію або їдкий поташ, це одна з найпоширеніших баз в лабораторії або в промисловості, завдяки великій потужності знежирення.

-RbOH: гідроксид рубідію.

-CsOH: гідроксид цезію.

-FrOH: гідроксид кальцію, основоположність якого теоретично вважається одним із найсильніших із коли-небудь відомих.

Органічні основи

-CH ₃ CH ₂ NH ₂ : етиламін.

-LiNH ₂ : амід літію. Разом з амідом натрію, NaNH ₂ , вони є однією з найсильніших органічних основ. У них амід аміду, NH ₂ ^- це основа, яка депротонує воду або реагує з кислотами.

-CH ₃ ONa: метоксид натрію. Тут основою є аніон CH ₃ O ^- , який може реагувати з кислотами, отримуючи метанол, CH ₃ OH.

-Реагенти Grignard: вони мають атом металу та галоген RMX. У цьому випадку радикал R є основою, але не тому, що він забирає кислий водень, а тому, що він віддає свою пару електронів, які він поділяє з атомом металу. Наприклад: етилмагнезію бромід, CH ₃ CH ₂ MgBr. Вони дуже корисні в органічному синтезі.

NaHCO

Харчова сода використовується для нейтралізації кислотності в легких умовах, наприклад, всередині рота як добавка в зубні пасти.

Список літератури

1. Merck KGaA. (2018). Органічні основи. Взято з: sigmaaldrich.com
2. Вікіпедія. (2018). Основи (хімія). Взято з: es.wikipedia.org
3. Хімія 1010. Кислоти та основи: що вони є і де вони знаходяться. . Взято з: cactus.dixie.edu
4. Кислоти, основи та шкала рН. Взято з: 2.nau.edu
5. Група Боднера. Визначення кислот та основ та роль води. Взято з: chemed.chem.purdue.edu
6. Хімія LibreTexts. Основи: властивості та приклади. Взято з: chem.libretexts.org
7. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. У кислотах та основах. (четверте видання). Mc Graw Hill.
8. Гельменстін, Тодд. (04 серпня 2018 р.). Назви 10 баз. Відновлено з: thinkco.com