強塩基とは?

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強塩基は、産業と家庭の両方で非常に有用な化合物の非常に一般的なクラスです。その重要性は、酸塩基反応として分類できる重要で明らかに異なる多数の化学反応にあります。さらに、それらは、プロセスのある段階で、かなり弱酸と反応するために塩基が強くなければならない酸塩基反応を開始する、または含む反応メカニズムの多数の反応のためにも重要です。

次に、基礎とは何か、基礎を強固にするものについて説明します。さらに、より一般的な強塩基の例と、スーパー塩基と呼ばれるさらに強力な塩基のカテゴリを見ていきます。

基本的な考え方

化学では、酸塩基反応について 3 つの理論があり、それぞれが異なる方法で塩基を定義します。

  • アレニウス酸塩基理論
  • Brønsted-Lowry 酸塩基理論
  • ルイス酸塩基理論

アレニウス基地

最も古い理論はアレニウスの理論であり、それによると、塩基は水溶液中で解離するときに水酸化物イオンを放出できる任意の物質です。この意味で、アレニウス塩基の概念は、唯一の塩基が、次の式に従って水中で解離するさまざまな金属およびメタロイドのイオン性水酸化物であることを意味します。

強いアレニウス塩基の解離

ここで、X は金属カチオンの原子価を表します。上記の反応に適合するすべての化学物質は確かに塩基ですが、塩基のように振る舞うすべての物質が構造の一部として水酸化物イオンを持っているわけではありません。したがって、アレニウス基底の概念は不完全です。

ブレンステッド・ローリー基地

Brønsted と Lowry は、酸塩基反応の見方、ひいては酸と塩基の見方を変える酸塩基理論を開発しました。これらの著者によると、アレニウスが示したように、酸と塩基は別々に解離することができず、水酸化物イオンまたは陽子が生じます。逆に、物質が塩基として作用するためには、必ず酸と反応しなければならないため、酸塩基反応と呼ばれます。

Brønsted と Lowry の考えは、プロトン (H +イオン )を供与できる物質として酸を定義し、プロトンを受容できる物質として塩基を定義することでした。このように、塩基は水酸化物イオンを直接放出することを強制されなくなりますが、次の式に従って、水からプロトンを除去することにより、水溶液で水酸化物イオンを生成できます。

Brønsted-Lowry 基底の定義

アレニウス塩基からの水酸化物イオンは水からプロトンを除去して他の水酸化物イオンを生成できるため、この概念には従来のアレニウス塩基が含まれます。また、構造中にOH イオンを持たないものの、水溶液中で上記の反応によりこれらのイオンを生成できるアンモニアなどの他の物質も含まれます。

ルイス塩基

最後に、ルイスは化学結合の理論を開発しました。この理論は、ブレンステッドとローリーによって提唱された酸塩基反応の概念と一致するだけでなく、それらを説明するものでもあります。ルイスによると、塩基は電子が豊富な物質であり、配位共有結合または供与共有結合を形成するために酸に供与できる自由電子の少なくとも 1 つのペアを持っています。一方、ルイス酸は、塩基から電子対を受け取ることができる電子が不足している物質です。

ルイス塩基の定義

ルイスの酸と塩基の概念は、水相 (酸性度と塩基性度が最初に適用された場所) での酸-塩基反応に適用されることに加えて、すべての中で最も広範で最も正確です。また、他の媒体やさまざまな溶媒中の酸と塩基の挙動を理解することもできます。

まさにこの事実のおかげで、一般に強塩基と見なされる塩基よりもはるかに強い塩基のファミリーを特徴付けて定義することが可能になり、そのためスーパーベースと呼ばれます。

強塩基とは?

強塩基は、水溶液中で完全に解離するアレニウス塩基です。言い換えれば、強塩基とは、強力な電解質であり、水に溶解すると完全にイオン化し、可能な最大量の水酸化物イオン (OH ) とそれに対応する金属陽イオンを生成する水酸化物です。

強塩基のイオン化は、一方向にのみ発生する解離反応と見なすことができます。これにより、溶解しているすべての塩基がイオンとして水性状態になります。

強固な基盤の定義

これにより、強塩基と弱塩基が区別されます。弱塩基は、すぐに飽和するわずかに溶ける固体であり、次のような溶解平衡を確立します。

弱塩基の定義

または、溶解すると、次のいずれかのような均一平衡が確立されるため、分子の一部のみが解離する化合物です。

弱塩基の定義

弱塩基の定義

強塩基の概念は、主に水溶液中の塩基の挙動に適用され、通常は一部のアレニウス塩基のみに限定されます。

塩基が強いか弱いかを決定する要因

物質の基本的な性質は、いくつかの要因によって決まります。まず第一に、水酸化物の場合、塩基性はその溶解度に直接関係しており、溶解度はそれらを構成するイオンに依存します。水酸化物カチオンの電気陰性度が低いほど、水酸化物基との結合のイオン特性が大きくなり、イオン化が促進されます。

電気陰性度は、周期的に左に減少し、グループ全体に減少する周期的特性であることを考慮すると、金属水酸化物の塩基性を比較すると、金属の左下にあるほど塩基性が高くなります。

解離せずに水に溶ける塩基(分子溶解度)の場合、元の塩基の安定性と共役酸の安定性とのバランスと、水の溶解力によって塩基性が決まります。 1 つまたは別の化学種を溶媒和します。

一般的な強塩基の例

前のセクションの情報は、強力なポイント ガードを特定するための明確な手がかりを提供してくれます。実際、最も一般的な強塩基は、アルカリ金属の水酸化物 (周期表の第 1 族) とアルカリ土類金属の水酸化物(第 2 族) の一部です。これは、これらの金属が周期表の最小電気陰性度に対応するためです。最も一般的な強塩基の完全なリストを次の表に示します。

水酸化リチウム (LiOH) 水酸化ナトリウム (NaOH) 水酸化カリウム (KOH)
水酸化ルビジウム (RbOH) 水酸化セシウム (CsOH) 水酸化カルシウム (Ca(OH) 2 )
水酸化ストロンチウム (Sr(OH) 2 ) 水酸化バリウム (Ba(OH) 2 )  

3 つのアルカリ土類金属水酸化物 (カルシウム、ストロンチウム、バリウム) は水に溶けにくいため、濃度が溶解度を下回る場合にのみ強塩基と見なすことができることに注意してください。これは、濃度が 0.01M 未満の溶液を意味します。 .

超塩基

異なる強塩基を水に溶かすとき、どれが他の強塩基よりも強いかを区別することはできません。この理由から、それらはすべて強塩基として分類され、実用的な目的のために、すべてが同等に強いと認められています。これは、水中で解離する強塩基はすぐに水と反応し、そのプロトンを除去して水酸化物イオンを生成するため、水が強塩基 (および酸) に対してレベリング効果を有するためです。

このため、水酸化物イオンは、それを生成した塩基の強さに関係なく、水性媒体に存在できる最強の塩基です。無防備な赤ちゃんを倒す能力に基づいて、2 人の戦闘機の強さを比較したいようなものです。どちらも簡単に戦いに勝つことは明らかで、赤ちゃんはどちらが強いかを区別できません。

ただし、酸と塩基のルイスの概念は、酸塩基反応の理解を他の媒体や他の溶媒にまで広げます。

非水性媒体の塩基性

非常に強い塩基の塩基性を比較したい場合は、それらを水以外の媒体に溶解する必要があります. 前の例に戻ると、これは、どちらのファイターが強いかを判断したい場合、同等またはそれ以上のファイターと戦わなければならないということと同じです。

この意味で、水と同様に、塩基と反応するときに酸として作用することができる他の溶媒に酸と塩基を溶解することができるため、水溶液で生成されるOHよりも強い共役塩基を生成します. これらの環境では、アレニウスの酸と塩基の概念はその意味を完全に失います。さらに、非プロトン性溶媒 (プロトンを供与または受け取ることができない) を考慮すると、Brønsted と Lowry の酸塩基の概念も当てはまりません。ただし、すべての場合において、酸と塩基のルイスの概念は依然として適用されます。

水以外の溶媒で多くの化学物質の塩基性をテストすると、伝統的に強塩基と考えられているものの中には、他のものよりもはるかに塩基性のものがあることがわかります. 塩基としての水酸化物は、水酸化物イオンの塩基性に限定されます。ただし、他の塩基にはこの制限がなく、水酸化物よりも桁違いに強いことが判明しています。

これらの塩基は超塩基と呼ばれます。

スーパーベースの例

ほとんどの超塩基は、中性または弱塩基でさえあると通常見なされる物質の共役塩基に対応します。共役塩基は酸がプロトンを失ったときに得られるものであるため、弱塩基の共役塩基は、塩基 (アンモニアや NH 3 など) が酸ではなく酸として反応するときに得られるものであることを覚えておいてください。次の式で示されるように、

スーパーベースの例の定義

それ自体が塩基のように振る舞う傾向がある中性物質は、酸のように振る舞うことはほとんどないと予想されるため、共役塩基(上記の例では、アミドイオンまたはNH 2 – )は非常に強いベースが強いです。

スーパーベースの他の例は次のとおりです。

  • ナトリウムまたはカリウム メトキシド、エトキシド、プロポキシド、および tert ブトキシドなどのアルコキシド イオン (アルコールの共役塩基) の塩。
  • n-ブチルリチウムなどのカルボアニオンを持つアルカンの共役塩基の塩。
  • ナトリウムアミド、カリウムジエチルアミド、リチウムビス(トリメチルシリル)アミドなどのアミンのアミドおよびその他の共役塩基。

参考文献

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モット、V. (nd)。強力なベース | 化学入門。ルーメン学習。https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/strong-bases/

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

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