Основа (химия): определение, свойства, примери и pH

Класификация: силни и слаби основи

Както при киселините, основите може да са силни или слаби:

• Силни основи почти напълно дисоциират във вода и дават голяма концентрация OH−. Примери: NaOH, KOH, (частично) Ca(OH)2, Ba(OH)2.
• Слаби основи частично протонират в разтвор и имат равновесие между свободната основа и нейната конюгирана киселина. Примери: NH3, органични амини (CH3NH2) и някои аниони като F− (конюгирана база на HF).

Характерни свойства на основите

• Имат рН в разтвор над 7,0 (във вода при 25 °C); колкото по-голям е рН, толкова по-основен е разтворът.
• Показват лужен (сапунен) допир и могат да разтварят органични материи и мазнини.
• Променят цветовете на индикатори: лакмусът става син, фенолфталеинът — розов във основни разтвори.
• Силните основи са корозивни и опасни при контакт с кожа или очи.
• Водните разтвори на основи провеждат електричен ток заради наличието на йони.

Примери и химични уравнения

• Дисоциация на силна основа: NaOH → Na+ + OH−
• Протониране на слаба основа (амоняк): NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−
• Сол, образувана при неутрализация: HCl + NaOH → NaCl + H2O

pH, pOH и константата на ионизация

pH е мярка за киселинността/основността: по-ниско pH = по-кисел, по-високо pH = по-основен. Във вода при 25 °C важи отношението pH + pOH = 14 (това число зависи от температурата). Константата на йонно произведение на водата Kw = [H+][OH−] ≈ 1.0·10−14 при 25 °C.

За силни основи: концентрацията [OH−] е равна на началната концентрация на основата (ако е напълно разтворима). Пример: 0.01 M NaOH → [OH−] = 1.0·10−2 M → pOH = 2 → pH = 14 − 2 = 12.

За слаби основи се използва константата на основност Kb: Kb = [BH+][OH−]/[B]. При начална концентрация c и малка дисоциация [OH−] ≈ x ≈ sqrt(Kb·c). Пример: 0.10 M NH3 (Kb ≈ 1.8·10−5): [OH−] ≈ sqrt(1.8·10−6) ≈ 1.34·10−3 M → pOH ≈ 2.87 → pH ≈ 11.13.

Конюгирани двойки и зависимост между силата на киселина и базата

Всяка основа B има своя конюгирана киселина BH+. Силата на една основа е обратно пропорционална на силата на нейната конюгирана киселина: ако конюгираната киселина е силна, основата е слаба, и обратно. Пример: Cl− е много слаба база, защото HCl е силна киселина.

Амфотерни вещества

Някои вещества са амфотерни — могат да действат и като киселини, и като основи. Пример: HCO3− (гидрогенкарбонат) и Al(OH)3. Те реагират различно в присъствието на силни киселини или силни основи.

Употреби и безопасност

• Основи се използват в прахове за пране, препаратите за почистване, производството на сапуни, текстилната и химическата индустрия, а също и в селското стопанство (некоторые видове торове).
• Силните основи са корозивни: носят се защитни ръкавици и очила; при разливане се неутрализират внимателно и се измиват с голямо количество вода.

Кратко обобщение: основата приема водороден йон, има рН над 7, и може да се определи чрез различни теоретични подходи (Arrhenius, Brønsted–Lowry, Lewis). Различаваме силни и слаби основи в зависимост от степента на йонизация; техните химични свойства и приложения правят основите важна група съединения в химията и ежедневието.