Основа (химия): определение, свойства, примери и pH
Научете какво е основа в химията: дефиниция, свойства, примери и влияние върху pH — разлики между слаби и силни основи и практични приложения.
Основа е вещество, което може да приеме водороден йон (H+) от друго вещество. В по-широк смисъл има няколко допълващи се дефиниции: по Brønsted–Lowry основа е донор на електронна двойка, който приема протон; по Arrhenius основа в воден разтвор дава хидроксидни йони (OH−); а по Lewis основа е донор на електронна двойка (например OH− или NH3). Един атом или молекула е склонен да приема протон, ако има отрицателен заряд или ако молекулата съдържа електроотрицателен атом като кислород, азот или хлор, който е богат на електрони и може да сподели тази електронна гъстота.
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.
Амонякът и солната киселина образуват амониев хлорид. Това е неутрализация.
Как работят базите
Основите могат да се използват за неутрализиране на киселини. Когато една основа, често OH– , приеме протон от киселина, тя образува молекула вода, която е безвредна. Когато всички киселини и основи реагират, за да образуват водни молекули и други неутрални соли, това се нарича неутрализация. Киселините също могат да се използват за неутрализиране на основи.Всяка основа има съпътстваща киселина, която се образува чрез добавяне на водороден атом към основата. Например NH3 (амоняк) е основа, а свързаната с нея киселина е амониевият йон, NH4+ . Слаба основа образува силна конюгирана киселина, а силна основа - по-слаба конюгирана киселина. Тъй като амонякът е умерено силна основа, амоният е значително по-слаба киселина.
Характеристики
Базите имат тези характеристики:
- Горчив вкус (за разлика от киселия вкус на киселините)
- Хлъзгаво или сапунено усещане по пръстите (хлъзгаво)
- Много основи реагират с киселини и образуват соли.
- Силните основи могат да реагират бурно с киселините. Разлив на киселина може да бъде неутрализиран безопасно с помощта на слаба основа.
- Основите превръщат червената лакмусова хартия в синя
- Основите са вещества, които съдържат метални оксиди или хидроксиди.
- Основите, които са разтворими във вода, образуват основи (разтворими основи).
Някои обичайни домакински продукти са основи. Например содата каустик и препаратът за почистване на канализация се произвеждат от натриев хидроксид, който е силна основа. Амонякът или почистващият препарат на амонячна основа, като например препаратът за почистване на прозорци и стъкла, е основен. Тези по-силни основи могат да предизвикат дразнене на кожата. Други основи, като готварските съставки натриев бикарбонат (сода за хляб) или крем от винен камък, са основни, но те не са вредни и са подходящи за готвене.
Винаги трябва да носите ръкавици, когато работите с основи. При дразнене на кожата засегнатият участък трябва да се изплакне обилно със студена вода. Ако това не спре проблема, свържете се с медицинска помощ възможно най-скоро.
Силни бази
Силна основа е основа, която отделя хидроксиден йон, OH-, когато се постави във вода. Съществуват осем вида.
- Литиев хидроксид-LiOH
- Натриев хидроксид-NaOH
- Калиев хидроксид-KOH
- Рубидиев хидроксид-RbOH
- Цезиев хидроксид-CsOH
- Калциев хидроксид-Ca(OH)2
- Стронзиев хидроксид-Sr(OH)2
- Бариев хидроксид-Ba(OH)2
Въпроси и отговори
В: Какво представлява основата в химията?
О: Основа в химията е вещество, което може да приеме водороден йон (H+) от друго вещество.
В: Как едно химично вещество може да приеме протон?
О: Химичното вещество може да приеме протон, ако има отрицателен заряд или ако молекулата има електроотрицателен атом като кислород, азот или хлор, който е богат на електрони.
В: Всички основи ли са силни в природата?
О: Не, както и при киселините, някои основи са силни, а други - слаби. Слабите основи по-рядко приемат протони, докато силните основи бързо приемат протони в разтвор или от други молекули.
В: Какво е "химическата противоположност" на основата?
О: "Химичната противоположност" на основата е киселината. Киселината е вещество, което ще предаде водороден атом на основата.
В: Какъв е диапазонът на рН на основите?
О: Базите имат рН, по-голямо от 7,0. Слабите основи обикновено имат рН от 7 до 9, докато силните основи имат рН от 9 до 14.
В: Могат ли основите да приемат протони от други молекули?
О: Да, силните основи могат бързо да приемат протони в разтвор или от други молекули.
В: Какви атоми могат да помогнат на химичното вещество да приеме протон?
О: Електроотрицателни атоми като кислород, азот или хлор, които са богати на електрони, могат да помогнат на химичното вещество да приеме протон.
обискирам