Основание в химии¶
Основание — это вещество, способное в растворах отдавать гидроксид-ионы (OH⁻) или принимать протоны (H⁺) в соответствии с определением Бренстеда — Лоури, либо, по Льюису, — вещество, обладающее неподелённой парой электронов и способное образовывать донорно-акцепторную связь. Основания противоположны кислотам и входят с ними в пару сопряжённых кислот и оснований. В неорганической химии под основанием обычно понимают гидроксиды металлов, способные реагировать с кислотами с образованием соли и воды.
¶Основные определения
В химии существует несколько взаимодополняющих определений основания:
- По Аррениусу (1884): основание — вещество, при диссоциации в воде дающее в качестве единственных катионов гидроксид-ионы. Пример: NaOH → Na⁺ + OH⁻.
- По Бренстеду — Лоури (1923): основание — протоноакцептор, вещество, принимающее протон H⁺ от другой молекулы. Это определение существенно шире: оно охватывает не только гидроксиды, но и аммиак, амины, карбонат-ионы.
- По Льюису (1923): основание — донор электронной пары. Это самое общее определение, позволяющее отнести к основаниям вещества, не содержащие ни водорода, ни кислорода (например, NH₃ или ионы CN⁻).
¶Классификация
По силе основания различают:
| Тип | Характеристика | Примеры |
|---|---|---|
| Сильные основания | Полностью диссоциируют в растворе | NaOH, KOH, Ba(OH)₂ |
| Слабые основания | Диссоциируют частично | NH₃, Al(OH)₃, Mg(OH)₂ |
| Сверхсильные основания | Способны депротонировать практически любые субстраты | Гидриды щелочных металлов (NaH), бутиллитий |
По химическому составу основания делят на:
- Неорганические (минеральные) — гидроксиды металлов: KOH (едкий калий), NaOH (едкий натр), Ca(OH)₂ (гашёная известь), Ba(OH)₂.
- Органические — амины (CH₃NH₂, C₅H₅N — пиридин), аминокислоты, некоторые оксиды.
- Основные оксиды — оксиды металлов, реагирующие с кислотами: CuO, Fe₂O₃, MgO.
¶Химические свойства
Основания проявляют характерные реакции:
- Нейтрализация — взаимодействие с кислотой: NaOH + HCl → NaCl + H₂O.
- Реакции с кислыми оксидами: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
- Образование основных солей при недостатке кислоты.
- Реакции с аммонийными солями с выделением аммиака: NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O.
- Растворение амфотерных гидроксидов в избытке сильного основания: Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O.
¶Амфотерность
Ряд веществ обладает одновременно свойствами кислот и оснований — так называемая амфотерность. Примеры: Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Be(OH)₂, вода. Амфотерные гидроксиды реагируют и с кислотами, и со щелочами, образуя соответствующие соли. Степень проявления основных или кислотных свойств зависит от условий: в растворе HCl амфотерный гидроксид ведёт себя как основание, в растворе NaOH — как кислота.
¶Показатели основности
Сила основания количественно характеризуется:
- Константой основности Kb — величиной, обратной константе кислотности сопряжённого кислотного основания.
- pH растворов — для сильных оснований pH > 7 при 25 °C; чем выше концентрация OH⁻, тем больше pH.
- Степенью диссоциации — для слабых оснований характерна неполная ионизация.
¶Применение
Основания находят широкое применение:
- NaOH — производство мыла, целлюлозы, очистка сточных вод.
- Ca(OH)₂ — строительство, дезинфекция, известкование почв.
- NH₃ — синтез аммиачных удобрений, холодильные установки.
- KOH — аккумуляторные электролиты, производство мягких мыл.
- Mg(OH)₂ — антацидные препараты, огнестойкие покрытия.
¶Основания в биологии
В живых организмах поддержание кислотно-основного баланса обеспечивается буферными системами, важнейшими компонентами которых являются гидрокарбонат-ион HCO₃⁻, фосфат-буферы и белки. Кровь человека имеет pH 7,35–7,45; отклонение за пределы этого диапазона приводит к ацидозу или алкалозу. Почки и лёгкие участвуют в выведении избытка кислотных или основных продуктов обмена.
¶История
Понятие основания как противоположности кислоте восходит к работам Антуана Лавуазье, предложившего кислородную теорию кислот. Термин «щёлочь» (от арабского «аль-кали») применялся задолго до формализации теорий. Современные определения Бренстеда — Лоури и Льюиса были сформулированы почти одновременно в 1923 году и до сих пор сосуществуют в химической науке, дополняя друг друга.
Источники:
- Глинка Н. Л. «Общая химия»
- Хомченко Г. П. «Химия для поступающих в вузы»
- Рабинович В. А., Хавин З. Я. «Краткий справочник по химии»
- Ю. Ю. Лурье. «Справочник по аналитической химии»