Какие основания бывают в химии – Основания их химические свойства и способы получения (Таблица)

Основания (гидроксиды). Свойства, получение, применение

Ещё со школы нам известно, что основаниями называют соединения, где атомы металла связаны с одной или несколькими гидроксогруппами — KOH, Ca(OH)2 и т. п. Однако понятие «основания» на самом деле шире, и существует две теории оснований — протонная (теория Брёнстеда — Лоури) и электронная (теория Льюиса). Основания и кислоты Льюиса мы рассмотрим в отдельной статье, поэтому возьмём определение из теории Брёнстеда (далее в данной статье — только основания Брёнстеда): Основания — это вещества или частицы, способные принимать (отщеплять) протон от кислоты. Согласно такому определению, свойства основания зависят от свойств кислоты — например, вода или уксусная кислота ведут себя как основания в присутствии более сильных кислот:

H2SO4 + H2O ⇄ HSO4 + H3O+(катион гидроксония)

H2SO4 + CH3COOH ⇄ HSO4 + CH3COOH2+

Номенклатура оснований

Названия оснований образуются весьма просто — сначала идёт слово «гидроксид», а затем название металла, который входит в данное основание. Если металл имеет переменную валентность, это отражают в названии.

KOH — гидроксид калия
Ca(OH)2 — гидроксид кальция
Fe(OH)2 — гидроксид железа (II)
Fe(OH)3 — гидроксид железа (III)

Существует также основание NH4OH (гидроксид аммония), где гидроксогруппа связана не с металлом, а катионом аммония NH4+.

Классификация оснований

Основания можно классифицировать по следующим признакам:

  1. По растворимости основания делят на растворимые — щёлочи (NaOH, KOH) и нерастворимые основания (Ca(OH)2, Al(OH)3).
  2. По кислотности (количеству гидроксогрупп) основания делят на однокислотные (KOH, LiOH) и многокислотные (Mg(OH2), Al(OH)3).
  3. По химическим свойствам их делят на оснóвные (Ca(OH)2, NaOH) и амфотерные, то есть проявляющие как основные свойства, так и кислотные (Al(OH)3, Zn(OH)2).
  4. По силе (по степени диссоциации) различают:
    а) сильные (α = 100 %) – все растворимые основания NaOH, LiOH, Ba(OH)2, малорастворимый Ca(OH)2.
    б) слабые (α < 100 %) – все нерастворимые основания Cu(OH)2, Fe(OH)3 и растворимое NH4OH.

Сила оснований

Для оснований можно количественно выразить их силу, то есть способность отщеплять протон от кислоты. Для этого используют константу основности Kb — константу равновесия для реакции между основанием и кислотой, причём в качестве кислоты выступает вода. Чем выше значение константы основности, тем выше сила основания и тем сильнее его способность отщеплять протон. Также вместо самой константы часто используют показатель константы основности pKb. Например, для аммиака NH3 имеем:

Получение

  1. Взаимодействие активного металла с водой:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

Mg + 2H2O  Mg(OH)2 + H2

  1. Взаимодействие основных оксидов с водой (только для щелочных и щелочноземельных металлов):

Na2O + H2O → 2NaOH,

CaO + H2O → Ca(OH)2.

  1. Промышленным способом получения щелочей является электролиз растворов солей:

2NaCI + 4H2O 2NaOH + 2H2 + CI2

  1. Взаимодействие растворимых солей со щелочами, причем для нерастворимых оснований это единственный способ получения:

Na2SO4 + Ba(OH)2 → 2NaOH + BaSO4

MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4.

Физические свойства

Все основания являются твердыми веществами, имеющими различную окраску. В воде нерастворимы, кроме щелочей.

Внимание! Щёлочи являются очень едкими веществами. При попадании на кожу растворы щелочей вызывают сильные долгозаживающие ожоги, при попадании в глаза могут вызвать слепоту. При работе с ними следует соблюдать технику безопасности и пользоваться индивидуальными средствами защиты.

 

Внешний вид оснований. Слева направо: гидроксид натрия, гидроксид кальция, метагидроксид железа

Химические свойства

Химические свойства оснований с точки зрения теории электролитической диссоциации обусловлены наличием в их растворах избытка свободных гидроксид – ионов ОН.

  1. Изменение цвета индикаторов:

фенолфталеин – малиновый

лакмус – синий

метиловый оранжевый – желтый

Фенолфталеин придаёт раствору щёлочи малиновую окраску

  1. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O,

растворимое

Mg(OH)2 + 2HCI → MgCI2 + 2H2O.

нерастворимое

 

  1. Взаимодействие с кислотными оксидами:

2KOH + SO3 → K2SO4 + H2O

  1. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами:

а) при плавлении:

2NaOH + AI2O3 → 2NaAIO2 + H2O,

NaOH + AI(OH)3 → NaAIO2 + 2H2O.

б) в растворе:

2NaOH + AI2O3 +3H2O → 2Na[AI(OH)4],

NaOH + AI(OH)3 → Na[AI(OH)4].

  1. Взаимодействие с некоторыми простыми веществами (амфотерными металлами, кремнием и другими):

2NaOH + Zn + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

2NaOH + Si + H2O → Na 2SiO3 + 2H2

  1. Взаимодействие с растворимыми солями с образованием осадков:

2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 + Na2SO4,

Ba(OH)2 + K2SO4 → BaSO4 + 2KOH.

  1. Малорастворимые и нерастворимые основания разлагаются при нагревании:

Ca(OH)2 → CaO + H2O,

Cu(OH)2  → CuO  + H2O.

in-chemistry.ru

Шпаргалка - Основания - Химия

Муниципальное общеобразовательное учреждение.

Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа.

Пос. Кавалерово Приморского края.

РЕФЕРАТ

По химии.

Тема: «Основания».

За курс средней (полной) школы.

Выполнил:

Лукашкин Павел

Дмитриевич

Учитель:

Тильба Людмила

Васильевна

Пос. Кавалерово.

2003 – 2004 учебный год.

План

1. Определение оснований

2. Классификация оснований

3. Физические свойства некоторых оснований

4. Химические свойства некоторых оснований

5. Получение

6. Применение

Основания

1. Основаниями называют гидроксиды, которые диссоциируют (распадаются) на гидроксильную группу и положительно заряженный катион. Часто основаниями называют металлосодержащие химические соединения, в которых каждый атом металла связан с одной или несколькими гидроксогруппами, например NaOH, Ca(OH)2 и т.п. Однако класс оснований не ограничивается гидроксидами металлов. Понятие «основание» более сложное, оно возникает из рассмотрения кислотно-основных химических равновесий. В реакциях:

OH + h3 SO4 — HSO4 + h3 O

Ch4 COOH + Nh4 — Ch4 COO + Nh5

Серная и уксусная кислоты взаимодействуют с основаниями, отдавая им протон H+. Вещества, стремящиеся принять протон, называются основаниями (определение Й. Бренстенда, 1923). С точки зрения теории электролитической диссоциации (Сванте Август Аррениус) даётся определение и описывается свойства оснований: основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы:

Ca(OH)2 — CaOH + OH

CaOH — Ca + OH

2. По степени диссоциации различают слабые основания, например Nh5 OH и сильные основания, например NaOH, Ca(OH)2. Хорошо растворимые в воде основания называются щёлочами. Основания бывают растворимы и практически не растворимые. Нейтрализация – это реакция кислот с основаниями, приводящая к образованию солей:

HCl + NaOH NaCl + h3 O

h4 PO4 + 3KOHK3 PO4 + 3h3 O

Реакцию нейтрализации обычно проводят титрованием – постепенным добавлением раствора одного из реагентов к раствору другого, например раствора соляной кислоты HCl к раствору гидроксида натрия NaOH. Реакции нейтрализации помогают определить в лаборатории свойства растворимых гидроксидов, если они вступают в реакцию нейтрализации со щелочами, их относят к кислотам; если реагируют с кислотами, то относят к основаниям. Основания с 1, 2, 3 гидроксильными группами называют соответственно одно-, двух-, трёхосновными. Число гидроксогрупп определяется валентностью металла. Например: — гидроксид калия, 2 — гидроксид бария. Если металл имеет переменную валентность, то последнюю указывают в названии основания римскими цифрами в скобочках. Например: Cu(OH)2 – гидроксид меди (II), Fe(OH)3 – гидроксид железа (III). Не полностью диссоциирующие при растворении в воде основания называют, как кислоты, слабыми. К сильным основаниям относятся гидрооксия калия KOH, натрия NaOH, бария Ba(OH)2

.

3. Большинство оснований – твёрдые вещества с различной растворимостью в воде. Согласно определению Бренстенда, основные свойства вещества зависят от партнёра – кислоты:

OH + h3 SO4 — HSO4 + h3 O

Чем сильнее кислота, тем легче основание принимает протон (верно так же и обратное определение). Так, вода или уксусная кислота в присутствии сильных кислот ведут себя как основания:

h3 SO4 + h3 O — HSO4 + h4 O

h3 SO4 + Ch4 COOH — HSO4 + Ch4 COOh3.

Металлы, атомы которых входят в состав нерастворимых в воде оснований, а также их оксиды с водой при обычных условиях не реагируют.

4. Растворимые и не растворимые основания имеют общее свойство: они реагируют с кислотами с образованием соли и воды. Чтобы опытным путём познакомиться с этими реакциями, надо знать, как в растворе обнаружить щелочь и кислоту. Растворы щелочей и кислот по-разному изменяют цвет индикаторов. Индикаторами можно обнаружить не только кислую и щелочную среду, но и нейтральную.

Индикатор

Цвет индикатора в среде

кислой щелочной нейтральной

1. Лакмус

2. Фенолфталеин

3. Метиловый оранжевый

Красный

Бесцветный

Розовый

Синий

Малиновый

Жёлтый

Фиолетовый

Бесцветный

Оранжевый

По изменению окраски индикаторов можно судить о ходе реакции между кислотой и щёлочью. Например, если в химический стакан с раствором гидроксида натрия добавить несколько капель раствора индикатора, например, фенолфталеина, то раствор станет малиновым. Затем из бюретки следует малыми порциями прилить раствор соляной кислоты, пока не произойдёт обесцвечивание. Следовательно, раствор становится нейтральным, т.е. в нём нет ни щёлочи, ни кислоты. После выпаривания полученного раствора остаётся твёрдое вещество – хлорид натрия NaCl:

NaOH + HCl h3 O + NaCl

Элементы, гидроксиды которых проявляют свойства оснований и располагаются они слева внизу в периодической системе химических элементов. Особенно ярко эти свойства заметны у щелочных металлов.

Кроме общих свойств, щелочи и нерастворимые в воде основания обладают также и отличительными свойствами. Нерастворимые в воде основания, как правило, термически нестойкие – разлагаются при нагревании. Например, при нагревании голубого осадка гидроксида меди (II) образуются вещество чёрного цвета – это оксид меди (II) и вода:

Cu(OH)2CuO + h3 O

Щёлочи в отличие от нерастворимых оснований при умеренном нагревании обычно не разлагаются. Их растворы действуют на индикаторы, разъедают многие органические вещества, реагируют с кислотами, растворами некоторых солей и кислотными оксидами. Например, при пропускании оксида углерода (IV) через известковую воду – раствор Ca(OH)2 – происходит её помутнение:

Ca(OH)2 + CO2CaCO3 + h3 O

Если основания будут воздействовать на соли, то происходит образование гидроксидов:

FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCl

Ch4 COOK + HCl = Ch4 COOH + KCl

5. Растворимые в воде основания (щелочи) в лаборатории можно получить при взаимодействии активных металлов и их оксидов с водой:

3Li + 2HOH2LiOH + h3

Взаимодействие оксида кальция CaO с водой используется также в технике для получения гашёной извести, основной составной частью которой является гидроксид кальция Ca(OH)2. Этот процесс можно изобразить так:

CaO + HOH Ca(OH)2

Щёлочи – гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия KOH – в технике получают электролизом водных растворов хлорида натрия NaCl и хлорида калия KCl.

Для получения нерастворимого в воде основания, нам уже известно, что кроме оксидов и оснований, атомы металлов входят также в состав солей. Так атомы меди входят в состав CuO, Cu(OH)2, а также в составе солей, например хлорида меди (II) CuCl2 и сульфата меди (II) CuSO4. Но можно в этих солях кислотные остатки – Cl и =SO4 заменить гидроксогруппами – OH. С этой целью к раствору хлорида меди (II) CuCl2 добавляют раствор гидроксида натрия NaOH. Тотчас же выпадает голубой осадок гидроксида меди (II) Cu(OH)2. Уравнения реакции можно записать так:

CuCl2 + 2NaOHCu(OH)2 + 2NaCl

Такие реакции относят к реакциям обмена. Реакциями обмена называют реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются составными частями.

6. Основания находят широкое применение в промышленности и быту. Например, большое значение имеет гидроксид кальция Ca(OH)2, или гашёная известь – белый рыхлый порошок. При смешивании его с водой образуется так называемое известковое молоко. Так как гидроксид кальция немного растворяется в воде, то после отфильтровывания известкового молока получается прозрачный раствор – известковая вода, которая мутнеет при пропускании через неё оксида углерода (IV). Происходит реакция:Ca(OH)2 + CO2CaCO3 + h3 O.

Эта же реакция происходит при затвердении строительного раствора.

Гашёную известь применяют для приготовления бордосской смеси – средства борьбы с болезнями и вредителями растений. Известковое молоко широко используется в химической промышленности, например в производстве сахара, соды и других веществ.

Гидроксид натрия NaOH применяют для очистки нефти, производства мыла, в текстильной промышленности. Гидроксид калия KOH и гидроксид лития LiOH используют в аккумуляторах.

Список использованной литературы:

1. Учебник по химии за 8 класс 2000г. (Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман).

2. Мир химии 1988г. (Марк Колтун).

3. БЭС 1999г. (А.М. Прохоров)

4. Справочник школьника 2000г. (А.В. Паноренко).

5. Малый энциклопедический словарь 2000г. (В.И. Бородулина, А.П. Горкин).

www.ronl.ru

Химическое основание - это... Что такое Химическое основание?

Основа́ния — класс химических соединений.

  1. Основания — (осно́вные гидрокси́ды) — вещества, молекулы которых состоят из ионов металлов или иона аммония и одной (или нескольких) гидроксогруппы (гидроксида) -OH. В водном растворе диссоциируют с образованием катионов и анионов ОН-. Название основания обычно состоит из двух слов: «гидроксид металла/аммония». Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.
  2. Согласно другому определению, основания — один из основных классов химических соединений, вещества, молекулы которых являются акцепторами протонов.
  3. В органической химии по традиции основаниями называют также вещества, способные давать аддукты («соли») с сильными кислотами, например, многие алкалоиды описывают как в форме «алкалоид-основание», так и в виде «солей алкалоидов».
  • В статье смысл термина основание раскрывается в первом, наиболее широко используемом значении — осно́вные гидрокси́ды.

Способы получения оснований

Получение щелочи при реакции сильноосновного оксида с водой

Так как только сильноосновные оксиды способны реагировать с водой, этот способ можно использовать исключительно для получения сильных оснований или щелочей.

CaO(т) + H2O(ж) → Ca(OH)2(p)

Слабоосновные и амфотерные оксиды с водой не реагируют, и поэтому соответствующие им гидроксиды таким способом получить нельзя.

Косвенное получение основания (гидроксида) при реакции соли со щелочью

Гидроксиды малоактивных металлов получают при добавлении щелочи к растворам соответствующих солей. Так как растворимость слабоосновных гидроксидов в воде очень мала, гидроксид выпадает из раствора в виде студнеобразной массы.

CuSO4(p) + 2NaOH(p) → Cu(OH)2(т)↓ + Na2SO4(p)
Получение щелочи при реакции замещения типичного металла с водой.

Ca+2H2O=Ca(OH)2+H2

Классификация оснований

  • Растворимые в воде основания (щёлочи)

LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2 , Ba(OH)2 , Sr(OH)2 , Ra(OH)2, CsOH, RbOH, FrOH

  • Практически нерастворимые в воде гидрооксиды

Mg(OH)2, Zn(OH)2, Cu(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3 , Be(OH)2

  • Другие основания

NH3 × H2O

Деление на растворимые и нерастворимые основания практически полностью совпадает с делением на сильные и слабые, или гидроксиды типичных металлов и не типичных.

Химические свойства

1. Действие на индикаторы: лакмус - синий, метилоранж - жёлтый, фенолфталеин - малиновый,

2. Основание + кислота = Соли + вода Примечание:реакция не идёт, если и кислота, и щёлочь слабые. NaOH + HCl = NaCl + H2O

3. Щёлочь + кислотный или амфотерный оксид = соли + вода 2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O

4. Щёлочь + соли = (новое)основание + (новая) соль прим-е:исходные вещества должны быть в растворе, а хотя бы 1 из продуктов реакции выпасть в осадок или мало растворяться. Ba(OH)2 + Na2SO4 = BaSO4+ 2NaOH

5.Слабые основания при нагреве разлагаются: Cu(OH)2+Q=CuO + H2O

6.При нормальных условиях невозможно получить гидроксиды серебра и ртути, вместо них в реакции появляются вода и соответствующий оксид: AgNO3 + 2NaOH(p) → NaNO3+Ag2O+H2O

См. также

Гидроксид

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Реферат Основание (химия)

скачать

Реферат на тему:

План:

    Введение
  • 1 Получение
  • 2 Классификация
  • 3 Химические свойства

Введение

Основа́ния — класс химических соединений.

  1. Основания (осно́вные гидрокси́ды) — сложные вещества, которые состоят из атомов металла или иона аммония и гидроксогруппы (-OH). В водном растворе диссоциируют с образованием катионов и анионов ОН. Название основания обычно состоит из двух слов: «гидроксид металла/аммония». Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.
  2. Согласно другому определению, основания — один из основных классов химических соединений, вещества, молекулы которых являются акцепторами протонов.
  3. В органической химии по традиции основаниями называют также вещества, способные давать аддукты («соли») с сильными кислотами, например, многие алкалоиды описывают как в форме «алкалоид-основание», так и в виде «солей алкалоидов».

В статье смысл термина «основание» раскрывается в первом, наиболее широко используемом значении — осно́вные гидрокси́ды.


1. Получение

Взаимодействие сильноосновного оксида с водой позволяет получить сильное основание или щёлочь.

CaO (твёрд.) + H2O → Ca(OH)2

Слабоосновные и амфотерные оксиды с водой не реагируют, поэтому соответствующие им гидроксиды таким способом получить нельзя.

Гидроксиды малоактивных металлов получают при добавлении щелочи к растворам соответствующих солей. Так как растворимость слабоосновных гидроксидов в воде очень мала, гидроксид выпадает из раствора в виде студнеобразной массы.

CuSO4 + 2 NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4

Также щёлочь можно получить при взаимодействия металла с водой. При этом металл должен быть активнее водорода.

Ca + 2 H2O → Ca(OH)2 + H2


2. Классификация

Основания классифицируются по ряду признаков.

  • По растворимости в воде.
    • Растворимые основания (щёлочи): гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид кальция Ca(OH)2, гидроксид бария Ba(OH)2, гидроксид стронция Sr(OH)2, гидроксид цезия CsOH, гидроксид рубидия RbOH.
    • Практически нерастворимые основания: Mg(OH)2, Zn(OH)2, Cu(OH)2, Al(OH)3, Fe(OH)3, Be(OH)2.
    • Другие основания: NH3·H2O

Деление на растворимые и нерастворимые основания практически полностью совпадает с делением на сильные и слабые основания, или гидроксиды металлов и переходных элементов

  • По количеству гидроксильных групп в молекуле.
    • Однокислотные (гидроксид натрия NaOH)
    • Двукислотные (гидроксид меди(II) Cu(OH)2)
    • Трехкислотные (гидроксид железа(III) Fe(OH)3)
  • По летучести.
    • Летучие: NH3, CH3-NH2
    • Нелетучие: щёлочи, нерастворимые основания.
  • По стабильности.
    • Стабильные: гидроксид натрия NaOH, гидроксид бария Ba(OH)2
    • Нестабильные: гидроксид аммония NH3·H2O (гидрат аммиака).
  • По степени электролитической диссоциации.
    • Сильные (α > 30 %): щёлочи.
    • Слабые (α < 3 %): нерастворимые основания.
  • По наличию кислорода.
    • Кислородсодержащие: гидроксид калия KOH, гидроксид стронция Sr(OH)2
    • Бескислородные: аммиак NH3, амины.

3. Химические свойства

Действие на некоторые кислотно-основные индикаторы:

  • лакмус становится синим,
  • метилоранж — жёлтым,
  • фенолфталеин приобретает цвет фуксии.

При взаимодействии с кислотой образуется соль и вода:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Примечание: реакция не идёт, если и кислота и основание слабые.

Щёлочь + кислотный или амфотерный оксид → соль + вода.

2 NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O

Щёлочь + соль → (новое) основание + (новая) соль.

Примечание: исходные вещества должны быть в растворе, а хотя бы один из продуктов реакции выпасть в осадок или мало растворяться.

Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4 + 2NaOH

Слабые основания при нагреве разлагаются:

Cu(OH)2 + Q → CuO + H2O

При нормальных условиях невозможно получить гидроксиды серебра и ртути, вместо них в реакции появляются вода и соответствующий оксид:

2 AgNO3 + 2 NaOH (разб.) → 2 NaNO3 + Ag2O + H2O

wreferat.baza-referat.ru

Основные гидроксиды — Википедия

Осно́вные гидрокси́ды — это сложные вещества, которые состоят из атомов металла или иона аммония и гидроксогруппы (—OH) и в водном растворе диссоциируют с образованием анионов ОН и катионов. Название основания обычно состоит из двух слов: слова «гидроксид» и названия металла в родительном падеже (или слова «аммония»). Хорошо растворимые в воде основания называются щелочами.

Содержание

  • 1 Получение
  • 2 Классификация
  • 3 Номенклатура
  • 4 Химические свойства
  • 5 См. также
  • 6 Литература
Гранулы гидроксида натрия Гидроксид кальция Гидроксид алюминия

ru.wikipedia.org

Основание (химия) Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Основание.

Основание — химическое соединение, способное образовывать ковалентную связь с протоном (основание Брёнстеда) либо с вакантной орбиталью другого химического соединения (основание Льюиса)[1]. В узком смысле под основаниями понимают осно́вные гидроксиды — сложные вещества, при диссоциации которых в водных растворах отщепляется только один вид анионов — гидроксид-ионы OH[2].

Частным случаем оснований являются щёлочи — гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов, а также некоторых других элементов, например, таллия. Реакции оснований с кислотами называют реакциями нейтрализации.

История

Понятие основания сформировалось в XVII веке и было впервые введено в химию французским химиком Гийомом Франсуа Руэлем в 1754 году. Он отметил, что кислоты, известные в те времена как летучие жидкости (например, уксусная или соляная кислоты), превращаются в кристаллические соли только в сочетании с конкретными веществами. Руэль предположил, что эти вещества служат «основаниями» для образования солей в твёрдой форме[3].

Единая теория кислот и оснований была впервые представлена шведским физикохимиком С. Аррениусом в 1887 году. В рамках своей теории Аррениус определял кислоту как вещество, при диссоциации которого образуются протоны H+, а основание — как вещество, дающее при диссоциации гидроксид-ионы OH[4]. Теория Аррениуса, однако, имела свои недостатки — например, она не учитывала влияние растворителя на кислотно-основное равновесие, а также была неприменима к неводным растворам[5].

В 1924 году Э. Франклином была создана сольвентная теория, согласно которой основание определялось как соединение, которое при диссоциации увеличивает число тех же анионов, которые образуются при диссоциации растворителя[4].

Современное определение

С 1923 года основание стали определять в рамках теорий Брёнстеда — Лоури и Льюиса, которые широко применяются и в настоящее время.

Основание в теории Брёнстеда — Лоури

В протонной теории кислот и оснований, выдвинутой в 1923 г. независимо датским учёным Й. Брёнстедом и английским учёным Т. Лоури, основанием Брёнстеда называется соединение или ион, способный принимать (отщеплять) протон от кислоты[6]. Соответственно, кислота Брёнстеда является донором протонов, а взаимодействие кислоты с основанием сводится к передаче протона. При реакции основания Брёнстеда B с кислотой, например, с водой, основание превращается в сопряжённую кислоту BH+, а кислота становится сопряжённым основанием[4]:

B+h3O⇌BH++OH−.{\displaystyle {\mathsf {B+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {BH^{+}+OH^{-}}}.}

Основание в теории Льюиса

Согласно электронной теории, предложенной в 1923 году американским физикохимиком Г. Льюисом, основание — это вещество, способное отдавать электронную пару на образование связи с кислотой Льюиса[7]. Основаниями Льюиса могут быть амины R3N, спирты ROH, простые эфиры ROR, тиолы RSH, тиоэфиры RSR, анионы, соединения с π-связями[8]. В зависимости от орбитали, на которой расположена участвующая в реакции пара электронов, основания Льюиса подразделяют на n-, σ- и π-типы — электронные пары для этих типов расположены соответственно на несвязывающих, σ- и π-орбиталях[4].

Понятия основания в теориях Льюиса и Брёнстеда — Лоури совпадают: согласно обеим теориям основания отдают пару электронов на образование связи. Разница заключается лишь в том, куда расходуется эта электронная пара. Основания Брёнстеда за её счёт образуют связь с протоном, а основания Льюиса — с любыми частицами, имеющими вакантную орбиталь. Таким образом, существенные различия этих теорий касаются понятия кислоты, а не основания[8][4].

AlCl3+Cl−⇌AlCl4−{\displaystyle {\mathsf {AlCl_{3}+Cl^{-}}}\rightleftharpoons {\mathsf {AlCl_{4}^{-}}}}

BF3+(C2H5)2O⇌BF3⋅(C2H5)2O{\displaystyle {\mathsf {BF_{3}+(C_{2}H_{5})_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {BF_{3}\cdot (C_{2}H_{5})_{2}O}}}

Теория Льюиса не предусматривает количественной оценки способности оснований реагировать с кислотами Льюиса. Однако, для качественной оценки широко применяется принцип жёстких и мягких кислот и оснований Пирсона (принцип ЖМКО), согласно которому жёсткие кислоты предпочтительно реагируют с жёсткими основаниями, а мягкие кислоты — с мягкими основаниями. По Пирсону, жёсткими основаниями являются основания, донорный центр которых обладает низкой поляризуемостью и высокой электроотрицательностью[9][10]. Напротив, мягкими основаниями являются донорные частицы с высокой поляризуемостью и низкой электроотрицательностью[10]. Жёсткие и мягкие кислоты обладают такими же свойствами как жёсткие и мягкие основания соответственно с той разницей, что они являются акцепторными частицами[11].

Классификация оснований и кислот в рамках принципа ЖМКО[8][12]
Жёсткие основания Промежуточные основания Мягкие основания
OH, RO, F, Cl, RCOO, NO3, NH3, RNH2, H2O, ROH, SO42−, CO32−, R2O, NR2, NH2 Br, C6H5NH2, NO2, C5H5N RS, RSH, I, H, R3C, алкены, C6H6, R3P, (RO)3P
Жёсткие кислоты Промежуточные кислоты Мягкие кислоты
H+, Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, BF3, B(OR)3, AlR3, AlCl3, SO3, BF3, RCO+, CO2, RSO2+ Cu2+, Fe2+, Zn2+, SO2, R3C+, C6H5+, NO+ Ag+, Cu+, Hg2+, RS+, I+, Br+, Pb2+, BH3, карбены

Критерий ЖМКО не имеет количественных параметров, однако основания Льюиса можно приблизительно расположить в ряды по их льюисовской основности. Например, мягкость оснований убывает в следующих рядах[8]:

I−>Br−>Cl−>F−,{\displaystyle {\mathsf {I^{-}>Br^{-}>Cl^{-}>F^{-}}},}

Ch4−>Nh3−>OH−>F−.{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}^{-}>NH_{2}^{-}>OH^{-}>F^{-}}}.}

Основание в общей теории Усановича

В общей теории кислот и оснований, созданной М. И. Усановичем в 1939 году, основание определено как вещество, отдающее анионы (или электроны) и принимающие катионы. Таким образом, в рамках теории Усановича в понятие основания входят как основания Брёнстеда, так и основания Льюиса, а также восстановители[5]. Кроме того, само понятие основности, как и кислотности, в общей теории Усановича рассматривается как функция вещества, проявление которой зависит не от самого вещества, а от его партнёра по реакции[13].

Сила оснований

Количественное описание силы оснований

Теория Брёнстеда — Лоури позволяет количественно оценить силу оснований, то есть их способность отщеплять протон от кислот. Это принято делать при помощи константы основности Kb — константы равновесия реакции основания с кислотой сравнения, в качестве которой выбрана вода. Чем выше константа основности, тем выше сила основания и тем больше его способность отщеплять протон[8]. Часто константу основности выражают в виде показателя константы основности pKb. Например, для аммиака как основания Брёнстеда можно записать[4][14]:

Nh4+h3O⇌Nh5++OH−{\displaystyle {\mathsf {NH_{3}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {NH_{4}^{+}+OH^{-}}}}

Kb=[Nh5+]⋅[OH−][Nh4]=1,79⋅10−5;{\displaystyle K_{b}={\frac {[{\mathsf {NH_{4}^{+}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {NH_{3}}}]}}=1{,}79\cdot 10^{-5};}

 pKb=−log⁡Ka=4,75.{\displaystyle \ \mathrm {p} K_{b}=-\log K_{a}=4{,}75.}

Для многоосновных оснований используют несколько значений констант диссоциации Kb1, Kb2 и т. д. Например, фосфат-ион может протонироваться трижды:

PO43−+h3O⇌HPO42−+OH−;Kb1=[HPO42−]⋅[OH−][PO43−]=2,10⋅10−2;{\displaystyle {\mathsf {PO_{4}^{3-}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {HPO_{4}^{2-}+OH^{-}}};K_{\mathrm {b1} }={\frac {[{\mathsf {HPO_{4}^{2-}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {PO_{4}^{3-}}}]}}=2{,}10\cdot 10^{-2};}

HPO42−+h3O⇌h3PO4−+OH−;Kb2=[h3PO4−]⋅[OH−][HPO42−]=1,58⋅10−7;{\displaystyle {\mathsf {HPO_{4}^{2-}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}+OH^{-}}};K_{\mathrm {b2} }={\frac {[{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {HPO_{4}^{2-}}}]}}=1{,}58\cdot 10^{-7};}

h3PO4−+h3O⇌h4PO4+OH−;Kb3=[h4PO4]⋅[OH−][h3PO4−]=1,32⋅10−12.{\displaystyle {\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}+H_{2}O}}\rightleftharpoons {\mathsf {H_{3}PO_{4}+OH^{-}}};K_{\mathrm {b3} }={\frac {[{\mathsf {H_{3}PO_{4}}}]\cdot [{\mathsf {OH^{-}}}]}{[{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}}}]}}=1{,}32\cdot 10^{-12}.}

Силу основания можно также охарактеризовать константой кислотности его сопряжённой кислоты Ka (BH+), причём произведение константы основности Kb на константу Ka (BH+) равно ионному произведению воды для водных растворов[14] и константе автопротолиза растворителя в общем случае[8].

Ka(Nh5+)=[Nh4]⋅[H+][Nh5+]=5,62⋅10−10;{\displaystyle K_{a}\mathrm {(NH_{4}^{+})} ={\frac {[{\mathsf {NH_{3}}}]\cdot [{\mathsf {H^{+}}}]}{[{\mathsf {NH_{4}^{+}}}]}}=5{,}62\cdot 10^{-10};}

Ka(Nh5+)⋅Kb(Nh4)=Kw=1⋅10−14;{\displaystyle {K_{a}\mathrm {(NH_{4}^{+})} }\cdot {K_{b}\mathrm {(NH_{3})} }=K_{w}=1\cdot 10^{-14};}

pKa(Nh5+)+pKb(Nh4)=pKw=14{\displaystyle {\mathrm {p} K_{a}\mathrm {(NH_{4}^{+})} }+{\mathrm {p} K_{b}\mathrm {(NH_{3})} }=\mathrm {p} K_{w}=14}

Из последнего уравнения также следует, что сила основания тем выше, чем ниже кислотность сопряжённой ему кислоты. Например, вода является слабой кислотой и при отщеплении протона превращается в сильное основание — гидроксид-ион OH[8].

Значения pKb некоторых оснований и pKa их сопряжённых кислот в разбавленных водных растворах[4]
Формула основания Формула сопряжённой кислоты pKb pKa (BH+) Формула основания Формула сопряжённой кислоты pKb pKa (BH+)
ClO4 HClO4 19 ± 0,5 −5 ± 0,5 HPO42− H2PO4 6,80 7,20
HSO4 H2SO4 16,8 ± 0,5 −2,8 ± 0,5 ClO HClO 6,75 7,25
H2O H3O+ 15,74 −1,74 H2BO3 H3BO3 4,76 9,24
NO3 HNO3 15,32 −1,32 NH3 NH4+ 4,75 9,25
HOOC-COO (COOH)2 12,74 1,26 CN HCN 4,78 9,22
HSO3 H2SO3 12,08 1,92 CO32− HCO3 3,67 10,33
SO42− HSO4 12,04 1,96 HOO H2O2 11,62 3,38
H2PO4 H3PO4 11,88 2,12 PO43− HPO42− 1,68 12,32
F HF 10,86 3,14 OH H2O −1,74 15,74
NO2 HNO2 10,65 3,35 NH2 NH3 (ж.) −19 33
CH3COO CH3COOH 9,24 4,76 H H2 −24,6 38,6
SH H2S 6,95 7,05 СH3 СH4 ~−44 ~58

Влияние растворителя

На кислотно-основное равновесие значительное влияние оказывает растворитель. В частности, для водных растворов было обнаружено, что все основания с константами основности pKb < 0 имеют одинаковые свойства (например, pH растворов). Объясняется это тем, что такие основания в воде практически нацело превращаются в гидроксид-ион OH, который является единственным основанием в растворе. Так, все основания с pKb < 0 (амид натрия NaNH2, гидрид натрия NaH и др.) дают эквивалентное количество гидроксид-ионов в водных растворах, выравниваясь между собой по силе. Данное явление получило название нивелирующего эффекта растворителя. Аналогичным образом, в водных растворах выравниваются по силе и очень слабые основания с pKb > 14[15][16].

Основания с pKb от 0 до 14 в воде частично протонированы и находятся в равновесии с сопряжённой кислотой, а их свойства в растворе зависят от значения pKb. В этом случае говорят о дифференцирующем эффекте растворителя. Интервал pKb, в котором основания дифференцированы по силе, равен показателю константы автопротолиза растворителя. Для разных растворителей этот интервал различен (14 для воды, 19 для этанола, 33 для аммиака и т. д.), соответственно, и набор дифференцированных и нивелированных оснований для них разный[17].

В растворителях, обладающих выраженными кислотными свойствами, все основания становятся более сильными и большее число оснований нивелируется по силе. Например, уксусная кислота уравнивает большинство известных оснований по силе, со своим сопряжённым основанием — ацетат-ионом CH3COO. Напротив, основные растворители (аммиак) служат дифференцирующими растворителями для оснований[18].

Влияние строения основания

Существует несколько факторов, которые определяют относительную силу органических и неорганических оснований и которые связаны с их строением. Часто несколько факторов действуют одновременно, поэтому трудно предсказать их суммарное влияние. Среди наиболее значимых можно выделить следующие факторы.

  • Индуктивный эффект (эффект поля). При повышении доступности электронной пары основания его сила возрастает. По этой причине введение электронодонорных заместителей в основание способствует проявлению им основных свойств. Например, введение алкильных заместителей в молекулу аммиака приводит к более сильным основаниям, чем сам аммиак[19]. Напротив, введение акцепторных заместителей в молекулу понижает силу основания[8].
  • Мезомерный эффект (резонансный эффект). Электронодонорные и электроноакцепторные заместители оказывают положительное и отрицательное влияние на силу основания соответственно также через систему сопряжения. В таком случае говорят о мезомерном эффекте. Данный эффект приводит к тем же последствиям, что и индуктивный: различается лишь механизм их действия. Так, пара-нитроанилин является более слабым основанием, чем анилин (pKb равны 12,89 и 9,40 соответственно) из-за акцепторного влияния нитрогруппы, которая снижает доступность электронной пары азота аминогруппы[20].
Эффект сопряжения проявляется также в том случае, если электронная пара основания находится в системе сопряжения, например, с ароматической системой или двойной связью. В таком случае основания имеют более низкую силу. Например, амиды и анилины являются гораздо более слабыми основаниями, чем амины[19].
  • Корреляция с расположением атомов в периодической системе. Чем выше электроотрицательность основного элемента, тем ниже основная сила основания. Так, сила основания понижается при движении по периоду периодической системы слева направо. Также основность понижается при переходе по группе сверху вниз, что связано с увеличением радиуса основного атома и, следовательно, меньшей плотностью отрицательного заряда на нём, что в итоге снижает силу связывания положительно заряженного протона[20].

Ch4−>Nh3−>OH−>F−;{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}^{-}>NH_{2}^{-}>OH^{-}>F^{-};}}}

Nh4>Ph4>Ash4{\displaystyle {\mathsf {NH_{3}>PH_{3}>AsH_{3}}}}

  • Гибридизация. Сила органических оснований понижается, если основный атом связан с другим атомом кратными связями. Так, при переходе от аминов к иминам и нитрилам основность уменьшается. Это объясняется тем, что электронная пара в этих соединениях располагается на sp3-, sp2- и sp-гибридных орбиталях атома азота соответственно, то есть в данном ряду электронная пара приближается по характеру к s-электронам, приближаясь к атомному ядру и становясь менее доступной[19].

RCh3Nh3>RCH=NH>RC≡N{\displaystyle {\mathsf {RCH_{2}NH_{2}>RCH{=}NH>{RC}{\equiv }{N}}}}

Супероснования

Основания в органической химии

См. также

Комментарии

  1. 1 2 С одной стороны, наличие третьей алкильной группы в триметиламине и триэтиламине должно увеличивать их основность. С другой стороны, с добавлением третьего заместителя резко уменьшается способность сопряжённых кислот (CH3)3NH+ и (C2H5)3NH+ к гидратации, что уменьшает их устойчивость и суммарно понижает основность аминов.

Примечания

  1. ↑ IUPAC Gold Book — base. Проверено 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
  2. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. Неорганическая химия. Органическая химия. 9 класс. — 13-е изд. — М.: Просвещение, 2009. — С. 10. — ISBN 978-5-09-021-625-8.
  3. ↑ William B. Jensen, The Origin of the Term Base, Journal of Chemical Éducation • 1130 Vol. 83 No. 8 août 2006
  4. 1 2 3 4 5 6 7 Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 2. — С. 393—395. — ISBN 5-85270-039-8.
  5. 1 2 Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. и др. Основы аналитической химии. Книга 1. Общие вопросы. Методы разделения / Под ред. Ю. А. Золотова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М: Высшая школа, 1999. — С. 118. — ISBN 5-06-003558-1.
  6. ↑ IUPAC Gold Book — Brønsted base. Проверено 18 апреля 2013. Архивировано 30 апреля 2013 года.
  7. ↑ IUPAC Gold Book — Lewis base. Проверено 18 апреля 2013. Архивировано 1 мая 2013 года.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 Москва В. В. Понятие кислоты и основания в органической химии // Соросовский образовательный журнал. — 1996. — № 12. — С. 33—40.
  9. ↑ IUPAC Gold Book — hard base. Проверено 18 апреля 2013. Архивировано 1 мая 2013 года.
  10. 1 2 Химическая энциклопедия, 1992, т. 2, с. 145.
  11. ↑ IUPAC Gold Book — hard acid. Проверено 18 апреля 2013. Архивировано 1 мая 2013 года.
  12. ↑ Золотов и др., 1999, с. 152.
  13. Кусаинова К. М. Нет ни кислот, ни оснований! Об одной полузабытой теории и её творце // Химия и жизнь. — 2004. — № 6. — С. 40—44.
  14. 1 2 Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Изд. 2-е, испр. и доп. — Ленинград: Химия, 1978. — С. 232—236.
  15. Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. Органическая химия. — 3-е изд. — М: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — Т. 1. — С. 40. — ISBN 978-5-94774-614-9.
  16. ↑ Неорганическая химия / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М: Академия, 2004. — Т. 1. — С. 89—94. — ISBN 5-7695-1446-9.
  17. ↑ Золотов и др., 1999, с. 123—125.
  18. Танганов Б. Б. Химические методы анализа. — Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ, 2005. — С. 8—14. — ISBN 5-89230-037-4.
  19. 1 2 3 4 Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии = A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry / Под ред. Я. М. Варшавского. — 3-е изд.. — М: Химия, 1977. — С. 82—91.
  20. 1 2 Марч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура. Т. 1 / Пер. с англ. З. Е. Самойловой, под ред. И. П. Белецкой. — М: Мир, 1987. — С. 340—346.

wikiredia.ru

Общая характеристика оснований — урок. Химия, 8–9 класс.

В \(1754\) году французский химик Г. Руэль (\(1703\)–\(1770\)) ввёл термин «основание», подразумевая, что к соединениям данного класса относится любое вещество, которое способно взаимодействовать с кислотами, образуя соли.

 

Гийом Франсуа Руэль

\(1703\)–\(1770\)

 

Позже значение этого термина неоднократно уточнялось. Одно из определений, которым пользуются в настоящее время, звучит так:

Основаниями называют сложные вещества, в состав которых входят металлические химические элементы, соединённые с одной или несколькими гидроксогруппами (группами атомов \(-OH\)).

Исходя из этого, общую химическую формулу оснований можно изобразить следующим образом:

M(OH)n,

где \(M\) — знак металлического химического элемента,

а \(n\) — индекс, численно совпадающий с валентностью металла.

 

Основания относятся к электролитам, то есть к веществам, растворы и расплавы которых проводят электрический ток.

С точки зрения теории электролитической диссоциации, основания — электролиты, которые, диссоциируя, из отрицательно заряженных ионов образуют только гидроксид-ионы.

Номенклатура оснований

Название основания состоит из слова «гидроксид» и названия металлического химического элемента в родительном падеже. Если металлический элемент имеет переменную валентность, то последняя указывается римскими цифрами в скобках без пробела сразу же после названия металла.

Пример:

NaOH — гидроксид натрия,

Fe(OH)2 — гидроксид железа(\(II\)),

Fe(OH)3 — гидроксид железа(\(III\)).

Классификация оснований

Растворимые в воде основания называют щелочами.

По их способности растворяться в воде основания делят на растворимые и практически нерастворимые.

Примеры:

NaOH — гидроксид натрия,

KOH — гидроксид калия,

Ca(OH)2 — гидроксид кальция.

Примеры:

Cu(OH)2 — гидроксид меди(\(II\)),

Fe(OH)2 — гидроксид железа(\(II\)),

Fe(OH)3 — гидроксид железа(\(III\)).

 

www.yaklass.ru

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *