Основа (химия)

Основа - молекула или ион, способные присоединять протоны (по кислотно-основной теорией Бренстеда-Лоури). В кислотно-основной теории Дж. Льюиса, основами Льюиса называют любую частицу ( молекулу, атом, ион), которая может принимать пару неразделенных электронов.


1. Основы по теории Аррениуса

Метагидроксид железа.

Согласно теории Аррениуса, основами называли электролиты, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов металла (или металоподибних групп, как NH 4) и анионов только одного типа - гидроксида ОН -.

Например:

  • NaOH = Na + + OH -
  • NH4OH = NH + 4 + OH -
  • Ba (OH) 2 = Ba 2 + + 2OH -
  • Fe (OH) 3 = Fe 3 + + 3OH -

Основы Аррениуса можно рассматривать как гидроксиды основных оксидов, т.е. как продукты присоединения воды в основных оксидов :

  • Na 2 O + H 2 O = 2NaOH
  • CaO + H 2 O = Ca (OH) 2
  • BaO + H 2 O = Ba (OH) 2

Основы Аррениуса, как и основные оксиды, при взаимодействии с кислотами и ангидридами, а также амфотерными оксидами образуют соли, а между собой не взаимодействуют.

Например:

  • Cu (OH) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2H 2 O
  • Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 О
  • 2NaOH + ZnO = Na 2 ZnO 2 + H 2 O

Основные гидроксиды, или основы, изображают следующей общей формуле: Ме (ОН) x, где Ме - атом металла, или металоподибнои группы (как NH 4), а x - число гидроксидних групп, равную валентности металла (1,2 или 3). Например: NaOH, Ba (OH) 2, Fe (OH) 3.


1.1. Названия

Основы называют обычно гидроксидами соответствующих металлов. Если металл имеет постоянную валентность и образует только один гидроксид, то его называют просто гидроксидом этого металла. Так, NaOH - гидроксид натрия, Ba (OH) 2 - гидроксид бария. Если металл имеет переменную валентность и образует несколько гидроксидов, то чтобы различить их, в названиях перед словом гидроксид ставят префиксы с греческих числительных, которые показывают количество гидроксильных групп, приходящаяся на один атом металла. Например: Cu (OH) - моногидроксид меди, Cu (OH) 2 - дигидроксид меди, Fe (OH) 2 - дигидроксид железа, Fe (OH) 3 - тригидроксид железа и т. д. Кроме того, некоторые группы основ и даже отдельные основы имеют специальные названия. Так, растворимые в воде основания называют лугами. Гидроксид натрия NaOH называется едким натром, гидроксид калия KOH - едким кали, гидроксид кальция Ca (OH) 2 - гашеной известью.


1.2. Свойства

Основы Аррениуса есть твердыми вещества. Некоторые из них, в частности NaOH и KOH, в термическом отношении достаточно устойчивы: их можно нагревать до температуры плавления и даже кипения, и они не разлагаются. Однако большинство основ неустойчивы и при нагревании легко разлагаются с образованием оксидов и выделением воды.

Например:

  • Ca (OH) 2 = CaO + H 2 O
  • 2Fe (OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

Большинство основ Аррениуса нерастворимые в воде. Хорошо растворимыми есть только основы щелочных и щелочно-земельных металлов, т.е. луга. Среди лугов практически наиболее употребительными являются NaOH, KOH, Ca (OH) 2 и Ba (OH) 2. Водные растворы едких щелочей имеют едкий мыльный вкус. Они легко разрушают растительные и животные ткани. Поэтому их называют еще едкими щелочами. Растворы едких щелочей имеют способность изменять окраску индикаторов. Так, в щелочной среде фиолетовый цвет лакмуса меняется на синий, оранжевый цвет метилоранжа - на светло-желтый, прозрачный раствор фенолфталеина становится фиолетовым. Щелочные свойства растворов основ обусловливаются наличием в растворе гидроксильных ионов.

Химические свойства оснований Аррениуса определяются их отношением к кислот, ангидридов, амфотерных оксидов и солей. Характерной свойством основ является их способность вступать в химические реакции с кислотами. Причем с кислотами взаимодействуют как растворимые, так и нерастворимые основания.

Реакции взаимодействия оснований с кислотами называют реакциями нейтрализации. Суть реакций нейтрализации заключается в том, что кислотный водород кислоты и гидроксил основы образуют воду, а катионы металла основы и кислотные остатки образуют соль:

  • Ba (OH) 2 + 2HCl = BaCl 2 + 2H 2 O да
  • Ca (OH) 2 + H 2 SO4 = CaSO 4 + 2H 2 O

Основы вступают в химические реакции также ангидридами и амфотерными оксидами:

  • 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
  • 2KOH + SO 2 = K 2 SO 3 + H 2 O
  • 2KOH + PbO = K 2 PbO 2 + H 2 O

Растворы едких щелочей взаимодействуют и с растворами солей, образуя нерастворимые основания:

  • CuCl 2 + 2NaOH = Cu (OH) 2 ↓ + 2NaCl
  • Fe 2 (SO 4) 3 + 6NaOH = 2Fe (OH) 3 ↓ + 3Na 2 SO 4

1.3. Получение

Основы Аррениуса можно получить разными способами.

  • Непосредственным сообщением основных оксидов с водой.

Этим способом можно пользоваться в тех случаях, когда основной оксид непосредственно взаимодействует с водой. Например:

    • Na 2 O + H 2 O = 2NaOH
    • CaO + H 2 O = Ca (OH) 2
  • Взаимодействием едких щелочей, с растворами солей. Этим способом пользуются в лабораториях, когда соответствующий оксид с водой непосредственно не взаимодействует, а гидроксид нерастворим.

Например:

    • CuSO 4 + 2KOH = Cu (OH) 2 ↓ + K 2 SO 4
    • FeCl 3 + 3NaOH = Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl
  • Взаимодействием активных металлов (K, Na, Ca, Ba) с водой.

Например:

    • 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
    • Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2
  • Для технического получения NaOH и KOH широко используют способ электролиза водных растворов NaCl и KCl.

2. Основа согласно кислотно-основной теорией Бренстеда-Лоури

Основа (основа Бренстеда) - это молекула или ион, способные присоединять протоны. Чтобы быть присоединять протон, основа должна иметь атом со свободной парой электронов (парой электронов, которая не входит в химической связи). Поэтому основные свойства часто проявляют органические соединения, включающие азот, кислород, Сера, фосфор. Сильными основами считают анионы.


3. Основание Льюиса

Основой Льюиса называют любую частицу ( молекулу, атом, ион), которая может принимать пару неразделенных электронов.

4. Основы как катализаторы

Основы могут использоваться как нерастворимые гетерогенные катализаторы для химических реакций. Например, катализаторами являются оксид магния, оксид кальция, оксид бария, фторид натрия на оксиде алюминия и некоторые цеолиты. Многие переходных металлов входят в состав катализаторов, и многие из них входят в состав основ. Каталазаторы на базе основ используются для гидрогенизации, при миграции двойных связей, восстановлении Меервейна-Пондорфа-Верлея, реакции Майкла и многих других реакциях.


См.. также

Источники

  • Ф. А. Деркач "Химия" Л. 1968
  • Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет - Донецк: "Вебер", 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0