Căn cứ mạnh là gì?

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


Các bazơ mạnh là một loại hợp chất hóa học rất phổ biến, rất hữu ích cả trong công nghiệp và gia đình. Tầm quan trọng của nó nằm ở số lượng lớn các phản ứng hóa học quan trọng và rõ ràng khác nhau có thể được phân loại là phản ứng axit-bazơ. Ngoài ra, chúng cũng quan trọng vì số lượng lớn các phản ứng mà cơ chế phản ứng bắt đầu hoặc liên quan, ở một số giai đoạn trong quá trình, phản ứng axit-bazơ trong đó bazơ phải mạnh để có thể phản ứng với một axit yếu đáng kể. .

Trong tương lai, chúng ta sẽ thảo luận về nền tảng là gì và điều gì làm cho nền tảng vững chắc. Ngoài ra, chúng ta sẽ xem xét các ví dụ về các bazơ mạnh phổ biến hơn, cũng như một loại các bazơ thậm chí còn mạnh hơn được gọi là các siêu bazơ.

Khái niệm cơ bản

Trong hóa học, có ba lý thuyết về phản ứng axit-bazơ , mỗi lý thuyết định nghĩa bazơ theo một cách khác nhau:

  • Thuyết axit-bazơ Arrhenius
  • Thuyết axit-bazơ Brønsted-Lowry
  • Lý thuyết axit-bazơ Lewis

Căn cứ Arrhenius

Lý thuyết lâu đời nhất là của Arrhenius, theo đó một bazơ là bất kỳ chất nào có khả năng giải phóng các ion hydroxit khi phân ly trong dung dịch nước. Theo nghĩa này, khái niệm bazơ Arrhenius ngụ ý rằng các bazơ duy nhất là các hydroxit ion của các kim loại và á kim khác nhau, chúng phân ly trong nước theo phương trình sau:

Sự phân ly của một bazơ Arrhenius mạnh

trong đó X là hóa trị của cation kim loại. Mặc dù tất cả các hóa chất phù hợp với phản ứng trên thực sự là bazơ, nhưng không phải tất cả các chất hoạt động như bazơ đều có các ion hydroxit trong cấu trúc của chúng. Do đó, khái niệm về căn cứ Arrhenius là không đầy đủ.

Căn cứ Brønsted–Lowry

Brønsted và Lowry đã phát triển một lý thuyết axit-bazơ làm thay đổi cách chúng ta nhìn nhận các phản ứng axit-bazơ và mở rộng ra là cách chúng ta nhìn nhận axit và bazơ. Theo các tác giả này, axit và bazơ không thể phân ly riêng biệt, tạo ra các ion hydroxit hoặc proton, như Arrhenius đã chỉ ra. Ngược lại, để một chất đóng vai trò là bazơ thì nhất thiết phải phản ứng với axit, đó là lý do tại sao chúng được gọi là phản ứng axit-bazơ.

Ý tưởng của Brønsted và Lowry là định nghĩa axit là chất có khả năng cho proton (ion H + ) và bazơ là chất có khả năng nhận proton. Bằng cách này, các bazơ không còn buộc phải giải phóng trực tiếp các ion hydroxit nữa mà có thể tạo ra chúng trong dung dịch nước bằng cách loại bỏ một proton khỏi nước, theo phương trình sau:

Định nghĩa cơ sở Brønsted-Lowry

Khái niệm này bao gồm các bazơ Arrhenius truyền thống, vì các ion hydroxit từ một bazơ Arrhenius có thể loại bỏ một proton khỏi nước để tạo ra các ion hydroxit khác. Nó cũng bao gồm các chất khác như amoniac, mặc dù không có ion OH trong cấu trúc của nó, nhưng có thể tạo ra các ion này trong dung dịch nước thông qua phản ứng nêu trên.

Căn cứ Lewis

Cuối cùng, Lewis đã phát triển một lý thuyết về liên kết hóa học không chỉ đồng ý với khái niệm về phản ứng axit-bazơ do Brønsted và Lowry đưa ra, mà còn giải thích chúng. Theo Lewis, bazơ là những chất giàu electron và có ít nhất một cặp electron tự do có thể nhường cho axit để tạo thành liên kết cộng hóa trị tọa độ hoặc liên kết cộng hóa trị lặn . Mặt khác, axit Lewis là chất thiếu electron có khả năng nhận cặp electron từ bazơ.

Định nghĩa của một cơ sở Lewis

Khái niệm về axit và bazơ của Lewis là khái niệm rộng nhất và chính xác nhất, ngoài việc được áp dụng cho các phản ứng axit-bazơ trong pha nước (là nơi mà tính axit và tính bazơ tìm thấy những ứng dụng đầu tiên của chúng). nó cũng cho phép chúng ta hiểu hoạt động của axit và bazơ trong các môi trường khác và các dung môi khác nhau.

Chính nhờ thực tế này, có thể mô tả và xác định một họ các bazơ mạnh hơn nhiều so với các bazơ mà chúng ta thường coi là bazơ mạnh, và do đó, chúng được gọi là siêu bazơ.

Căn cứ mạnh là gì?

Bazơ mạnh là bazơ Arrhenius phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước. Nói cách khác, bazơ mạnh là những hydroxit là chất điện ly mạnh và khi hòa tan trong nước sẽ ion hóa hoàn toàn, do đó tạo ra lượng ion hydroxit (OH ) và cation kim loại tương ứng tối đa có thể.

Ta có thể xem sự ion hóa một bazơ mạnh là phản ứng phân ly chỉ xảy ra theo một hướng, theo đó toàn bộ bazơ tan chuyển sang trạng thái nước dưới dạng ion:

Xác định nền tảng vững chắc

Điều này phân biệt các bazơ mạnh với các bazơ yếu, là những chất rắn hòa tan nhẹ nhanh chóng bão hòa, thiết lập trạng thái cân bằng hòa tan như sau:

Định nghĩa của một cơ sở yếu

Hoặc chúng là những hợp chất mà khi hòa tan chỉ một phần phân tử phân ly do sự thiết lập cân bằng đồng thể như một trong các trường hợp sau:

Định nghĩa của một cơ sở yếu

Định nghĩa của một cơ sở yếu

Khái niệm bazơ mạnh áp dụng chủ yếu cho hành vi của bazơ trong dung dịch nước và thường chỉ giới hạn ở một số bazơ Arrhenius.

Các yếu tố quyết định một nền tảng mạnh hay yếu

Đặc tính cơ bản của một chất được xác định bởi một số yếu tố. Để bắt đầu, trong trường hợp hydroxit, tính cơ bản liên quan trực tiếp đến độ hòa tan của chúng, do đó, phụ thuộc vào các ion tạo nên chúng. Độ âm điện của cation hydroxit càng thấp thì tính chất ion của liên kết với nhóm hydroxit càng lớn, tạo điều kiện cho quá trình ion hóa của nó.

Xét rằng độ âm điện là một đặc tính tuần hoàn giảm dần về bên trái trong một khoảng thời gian và giảm dần trong một nhóm, khi so sánh tính bazơ của các hiđroxit kim loại, kim loại càng đi về bên trái và đi xuống thì hiđroxit sẽ có tính bazơ cao hơn.

Trong trường hợp các bazơ có thể hòa tan trong nước mà không phân ly (độ hòa tan phân tử), tính bazơ được xác định bởi sự cân bằng giữa tính ổn định của bazơ ban đầu so với tính ổn định của axit liên hợp của nó và bởi khả năng hòa tan trong nước. để solvat hóa một hoặc một loại hóa chất khác.

Ví dụ về các cơ sở mạnh phổ biến

Thông tin trong phần trước cung cấp cho chúng ta manh mối rõ ràng để xác định những người bảo vệ điểm mạnh. Trên thực tế, các bazơ mạnh phổ biến nhất là hiđroxit của kim loại kiềm (nhóm 1 của bảng tuần hoàn) và một số hiđroxit của kim loại kiềm thổ (nhóm 2). Điều này là do các kim loại này tương ứng với độ âm điện nhỏ nhất trong bảng tuần hoàn. Danh sách đầy đủ các cơ sở mạnh phổ biến nhất được trình bày trong bảng sau:

Liti Hydroxit (LiOH) Natri hydroxit (NaOH) Kali Hiđroxit (KOH)
rubidi hydroxit (RbOH) Xesi hydroxit (CsOH) Canxi hiđroxit (Ca(OH) 2 )
Stronti hydroxit (Sr(OH) 2 ) Bari hiđroxit (Ba(OH) 2 )  

Cần lưu ý rằng ba hiđroxit kim loại kiềm thổ (canxi, stronti và bari) đều kém tan trong nước nên chỉ được coi là bazơ mạnh nếu nồng độ của chúng nhỏ hơn độ tan, nghĩa là dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 0,01M .

siêu căn cứ

Khi hòa tan các bazơ mạnh khác nhau trong nước không thể phân biệt được chất nào mạnh hơn chất nào. Chính vì lý do này mà tất cả chúng đều được phân loại là bazơ mạnh và vì mục đích thực tế, người ta chấp nhận rằng tất cả chúng đều mạnh như nhau. Điều này là do nước có tác dụng cân bằng đối với các bazơ mạnh (và cả axit) vì bất kỳ bazơ mạnh nào phân ly trong nước ngay lập tức phản ứng với nước, loại bỏ proton của nó và do đó tạo ra các ion hydroxit.

Vì lý do này, ion hydroxit là bazơ mạnh nhất có thể tồn tại trong môi trường nước, bất kể bazơ tạo ra nó mạnh đến mức nào. Nó giống như muốn so sánh sức mạnh của hai võ sĩ dựa trên khả năng đánh bại một đứa trẻ không có khả năng tự vệ. Rõ ràng là cả hai sẽ dễ dàng giành chiến thắng trong cuộc chiến và em bé sẽ không cho phép phân biệt ai là người mạnh nhất.

Tuy nhiên, khái niệm axit và bazơ của Lewis mở rộng hiểu biết của chúng ta về các phản ứng axit-bazơ với các môi trường khác và các dung môi khác.

Tính cơ bản trong môi trường không chứa nước

Nếu muốn so sánh tính bazơ của bazơ rất mạnh thì ta cần hòa tan chúng trong môi trường không phải nước. Quay trở lại ví dụ trước của chúng ta, điều này tương đương với việc nói rằng nếu chúng ta muốn xác định võ sĩ nào mạnh hơn, chúng ta phải đọ sức với một võ sĩ mạnh ngang bằng hoặc thậm chí mạnh hơn.

Theo nghĩa này, chúng ta có thể hòa tan axit và bazơ trong các dung môi khác, như nước, có thể hoạt động như axit khi phản ứng với bazơ, do đó tạo ra bazơ liên hợp mạnh hơn OH – được tạo ra trong dung dịch nước . Trong những môi trường này, khái niệm axit và bazơ của Arrhenius hoàn toàn mất đi ý nghĩa của nó. Hơn nữa, nếu chúng ta xem xét các dung môi không proton (không thể cho hoặc nhận proton) thì khái niệm axit-bazơ của Brønsted và Lowry cũng không phù hợp. Tuy nhiên, trong mọi trường hợp, khái niệm axit và bazơ của Lewis vẫn được áp dụng.

Khi kiểm tra tính bazơ của nhiều hóa chất trong các dung môi không phải là nước, chúng tôi thấy rằng trong số những chất mà chúng ta thường coi là bazơ mạnh, một số chất bazơ mạnh hơn nhiều so với những chất khác. Các hydroxit là bazơ được giới hạn ở tính bazơ của ion hydroxit. Tuy nhiên, các bazơ khác không có giới hạn này và hóa ra lại có cường độ mạnh hơn hydroxit.

Những cơ sở này được gọi là siêu cơ sở.

Ví dụ về Superbase

Hầu hết các siêu bazơ tương ứng với các bazơ liên hợp của các chất mà chúng ta thường coi là bazơ trung tính hoặc thậm chí yếu. Hãy nhớ rằng bazơ liên hợp là thứ bạn nhận được khi một axit mất đi một proton, vì vậy bazơ liên hợp của một bazơ yếu là thứ bạn nhận được khi một bazơ (chẳng hạn như amoniac hoặc NH 3 ) phản ứng dưới dạng axit thay vì axit . cơ sở, như được thể hiện bởi phương trình sau:

Định nghĩa của một superbase ví dụ

Người ta cho rằng một chất trung tính mà bản thân nó có xu hướng hoạt động như một bazơ sẽ khó hoạt động như một axit, vì vậy bazơ liên hợp (trong ví dụ trên, ion amit hoặc NH 2 – ) sẽ là một chất rất mạnh . cơ sở . mạnh mẽ

Các ví dụ khác về siêu căn cứ là:

  • Muối của các ion alkoxide (bazơ liên hợp của rượu) như natri hoặc kali metoxit, ethoxide, propoxide và tertbutoxide.
  • Muối của các bazơ liên hợp của ankan có cacbanion như n-butyllithium.
  • Amit và các bazơ liên hợp khác của amin như natri amit, kali dietyl amit và liti bis(trimetylssilyl) amit.

Người giới thiệu

Chang, R. (2020). Hóa học ( tái bản lần thứ 13 .). McGraw-Hill Interamericana.

khác biệt hóa. (2020, ngày 21 tháng 10). Sự khác biệt giữa axit và bazơ mạnh và yếu (có ví dụ ) https://www.diferenciador.com/acidos-y-bases-fuertes-y-debiles/

Hướng dẫn Hóa học. (2010, ngày 4 tháng 10). Nền tảng vững chắc . https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/base-fuerte

Mott, V. (nd). Căn Cứ Mạnh | Nhập môn Hóa học . Học Lumen. https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/strong-bases/

Hóa học.ES. (nd). Strong_base . https://www.quimica.es/enciclopedia/Base_fuerte.html

Hóa học.NET. (nd). Ví dụ về Strong Base . https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-base-fuerte.html

khoa học. (2017, ngày 2 tháng 2). Căn cứ mạnh nhất trên thế giới . YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=GrPQv6QEI8Y

-Quảng cáo-

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

Artículos relacionados