Какво представляват силните основи?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Силните основи са много често срещан клас химични съединения, които са много полезни както в индустрията, така и в дома. Неговото значение се крие в големия брой важни и очевидно различни химични реакции, които могат да бъдат класифицирани като киселинно-алкални реакции. Освен това те са важни и поради големия брой реакции, чийто реакционен механизъм започва или включва, на някакъв етап от процеса, киселинно-алкална реакция, при която основата трябва да е силна, за да реагира със значително слаба киселина.

Продължавайки напред, ще обсъдим какво представляват основите и какво прави една основа силна. Освен това ще разгледаме примери за по-често срещаните силни основи, както и категория от още по-силни основи, наречени супер бази.

основна концепция

В химията има три теории за киселинно-базовите реакции , всяка от които дефинира основите по различен начин:

  • Киселинно-алкалната теория на Арениус
  • Киселинно-алкалната теория на Брьонстед-Лоури
  • Киселинно-алкална теория на Люис

Бази на Арениус

Най-старата теория е тази на Арениус, според която база е всяко вещество, способно да отделя хидроксидни йони при дисоциация във воден разтвор. В този смисъл концепцията за бази на Арениус предполага, че единствените основи са йонните хидроксиди на различните метали и металоиди, които се дисоциират във вода съгласно следното уравнение:

Дисоциация на силна база на Арениус

където X представлява валентността на металния катион. Въпреки че всички химикали, които отговарят на горната реакция, са наистина основи, не всички вещества, които се държат като основи, имат хидроксидни йони като част от тяхната структура. Следователно концепцията за бази на Арениус е непълна.

Бази Брьонстед–Лоури

Брьонстед и Лоури разработиха киселинно-алкална теория, която променя начина, по който гледаме на киселинно-алкалните реакции, и като разширение, начина, по който гледаме на киселините и основите. Според тези автори киселините и основите не могат да се дисоциират отделно, което води до хидроксидни йони или протони, както е посочено от Арениус. Напротив, за да действа веществото като основа, то непременно трябва да реагира с киселина, поради което се наричат ​​киселинно-алкални реакции.

Идеята на Brønsted и Lowry е да дефинират киселината като вещество, способно да отдаде протон (Н + йон ), а основата като вещество, способно да приеме протон. По този начин базите вече не са принудени да отделят директно хидроксидни йони, но могат да ги генерират във воден разтвор чрез отстраняване на протон от водата, съгласно следното уравнение:

Дефиниция на база на Брьонстед-Лоури

Тази концепция обхваща традиционните бази на Арениус, тъй като хидроксидните йони от основата на Арениус могат да премахнат протон от водата, за да генерират други хидроксидни йони. Той също така включва други вещества като амоняк, който, въпреки че няма ОН йони в структурата си, може да генерира тези йони във воден разтвор чрез реакцията, показана по-горе.

Бази на Луис

И накрая, Луис разработи теория за химическото свързване , която не само е в съгласие с концепцията за киселинно-базовите реакции, предложена от Брьонстед и Лоури, но също така ги обяснява. Според Люис основите са вещества, богати на електрони и които притежават поне една двойка свободни електрони, които могат да бъдат дарени на киселина, за да образуват координатна или дателна ковалентна връзка . От друга страна, киселината на Люис е това вещество с дефицит на електрони, което е способно да приеме двойката електрони от основата.

Дефиниция на база на Люис

Концепцията на Луис за киселини и основи е най-широката и най-прецизна от всички, тъй като освен че се прилага за киселинно-алкални реакции във водната фаза (където киселинността и основността намират първите си приложения). също така ни позволява да разберем поведението на киселини и основи в други среди и различни разтворители.

Именно благодарение на този факт е възможно да се характеризира и дефинира семейство от бази, които са много по-силни от базите, които обикновено считаме за силни бази и които следователно се наричат ​​супербази.

Какво представляват силните основи?

Силна основа е база на Арениус, която напълно се дисоциира във воден разтвор. С други думи, силни основи са онези хидроксиди, които са силни електролити и които, когато се разтворят във вода, напълно йонизират, като по този начин генерират максимално възможното количество хидроксидни йони (OH ) и съответния им метален катион.

Можем да разглеждаме йонизацията на силна основа като реакция на дисоциация, която протича само в една посока, при което цялата разтворима основа преминава във водно състояние като йони:

Определяне на силна основа

Това отличава силните основи от слабите основи, които са или слабо разтворими твърди вещества, които бързо се насищат, установявайки равновесие на разтворимост като следното:

Определение за слаба основа

Или те са съединения, които при разтваряне само част от молекулите се дисоциират поради установяването на хомогенно равновесие като едно от следните:

Определение за слаба основа

Определение за слаба основа

Концепцията за силна основа се прилага предимно за поведението на основите във воден разтвор и обикновено се ограничава само до някои бази на Арениус.

Фактори, които определят дали една основа е силна или слаба

Основният характер на дадено вещество се определя от няколко фактора. Като начало, в случая на хидроксиди, основността е пряко свързана с тяхната разтворимост, която от своя страна зависи от йоните, които ги съставят. Колкото по-ниска е електроотрицателността на хидроксидния катион, толкова по-голям е йонният характер на връзката му с хидроксидната група, което улеснява неговата йонизация.

Като се има предвид, че електроотрицателността е периодично свойство, което намалява наляво през период и надолу през група, когато сравняваме основността на металните хидроксиди, колкото по-наляво и надолу по метала, толкова по-основен ще бъде хидроксидът.

В случай на основи, които могат да бъдат разтворени във вода без дисоциация (молекулярна разтворимост), основността се определя от баланса между стабилността на първоначалната основа в сравнение със стабилността на нейната спрегната киселина и от способността на водата да се разтваря. за солватиране на един или друг химичен вид.

Примери за общи силни бази

Информацията в предишния раздел ни предоставя ясна следа за идентифициране на силните пойнтгардове. Всъщност най-често срещаните силни основи са хидроксидите на алкалните метали (група 1 от периодичната таблица) и някои от хидроксидите на алкалоземните метали (група 2). Това е така, защото тези метали съответстват на най-малко електроотрицателните в периодичната таблица. Пълният списък на най-често срещаните силни основи е представен в следната таблица:

Литиев хидроксид (LiOH) Натриев хидроксид (NaOH) калиев хидроксид (KOH)
рубидиев хидроксид (RbOH) Цезиев хидроксид (CsOH) Калциев хидроксид (Ca(OH) 2 )
Стронциев хидроксид (Sr(OH) 2 ) Бариев хидроксид (Ba(OH) 2 )  

Трябва да се отбележи, че трите хидроксида на алкалоземни метали (калций, стронций и барий) са слабо разтворими във вода, така че могат да се считат за силни основи само ако тяхната концентрация е под тяхната разтворимост, което предполага разтвори с концентрация по-ниска от 0,01M .

супербазите

При разтваряне на различни силни основи във вода не е възможно да се разграничи коя е по-силна от другата. Поради тази причина всички те се класифицират като силни основи и за практически цели се приема, че всички са еднакво силни. Това е така, защото водата има изравняващ ефект върху силните основи (а също и върху киселините), тъй като всяка силна основа, която се дисоциира във вода, незабавно реагира с водата, премахвайки своя протон и по този начин генерирайки хидроксидни йони.

Поради тази причина хидроксидният йон е най-силната основа, която може да съществува във водна среда, независимо колко силна е основата, която го е генерирала. Това е като да искаш да сравниш силата на двама бойци въз основа на способността им да победят безпомощно бебе. Очевидно е, че и двамата ще спечелят лесно битката и бебето няма да позволи да различи кой е по-силен.

Концепцията на Люис за киселини и основи обаче разширява нашето разбиране за киселинно-базовите реакции към други среди и други разтворители.

Основност в неводни среди

Ако искаме да сравним основността на много силни основи, тогава трябва да ги разтворим в среда, различна от вода. Връщайки се към предишния ни пример, това е еквивалентно на това да кажем, че ако искаме да определим кой боец ​​е по-силен, трябва да го изправим срещу също толкова силен или дори по-силен боец.

В този смисъл можем да разтваряме киселини и основи в други разтворители, които, подобно на водата, могат да действат като киселини, когато реагират с основи, като по този начин генерират спрегната основа, която е по-силна от ОН – която се генерира във воден разтвор . В тези среди концепцията на Арениус за киселини и основи губи напълно значението си. Освен това, ако вземем предвид апротонни разтворители (които не могат да отдават или приемат протони), тогава концепцията за киселинна основа на Брьонстед и Лоури също не пасва. Във всички случаи обаче концепцията на Луис за киселини и основи все още е в сила.

Когато тестваме основността на много химикали в разтворители, различни от вода, откриваме, че сред това, което традиционно смятаме за силни основи, някои са много по-основни от други. Хидроксидите като основи са ограничени до основността на хидроксидния йон. Други основи обаче нямат това ограничение и се оказват с порядък по-силни от хидроксидите.

Тези бази се наричат ​​супербази.

Примери за супербази

Повечето от суперосновите съответстват на спрегнатите основи на вещества, които обикновено считаме за неутрални или дори слаби основи. Припомнете си, че спрегната основа е това, което получавате, когато една киселина загуби протон, така че спрегнатата основа на слаба основа е това, което получавате, когато основа (като амоняк или NH 3 ) реагира като киселина вместо като слаба основа . база, както е показано от следното уравнение:

Дефиниция на примерна супербаза

Може да се очаква, че неутрално вещество, което само по себе си има тенденция да се държи като основа, едва ли ще се държи като киселина, така че спрегнатата основа (в примера по-горе, амидният йон или NH 2 – ) ще бъде много силна база силен.

Други примери за супербази са:

  • Соли на алкоксидни йони (конюгирани основи на алкохоли) като натриев или калиев метоксид, етоксид, пропоксид и тертбутоксид.
  • Соли на спрегнати основи на алкани, които имат карбаниони като n-бутиллитий.
  • Амиди и други спрегнати основи на амини като натриев амид, калиев диетил амид и литиев бис(триметилсилил) амид.

Препратки

Чанг, Р. (2020). Химия (13-то издание ). McGraw-Hill Interamericana.

Диференциатор. (2020 г., 21 октомври). Разлика между силни и слаби киселини и основи (с примери) . https://www.diferenciador.com/acidos-y-bases-fuertes-y-debiles/

Ръководството по химия. (2010, 4 октомври). Силна основа . https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/base-fuerte

Мот, В. (nd). Силни основи | Въведение в химията . Lumen Learning. https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/strong-bases/

Химия.ES. (nd). силна_основа . https://www.quimica.es/enciclopedia/Base_fuerte.html

Химия.NET. (nd). Примери за силна основа . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-base-fuerte.html

SciShow. (2017 г., 2 февруари). Най-силните бази в света . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=GrPQv6QEI8Y

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados