Что такое основание в химии: подробно

Основания - важный класс химических соединений, играющих ключевую роль во многих химических реакциях и технологических процессах. Давайте разберемся, что представляют собой основания с химической точки зрения.

Определение оснований

Существует несколько подходов к определению оснований в химии:

• По теории Аррениуса, основанием называется вещество, которое при диссоциации образует гидроксид-ионы OH−.
• Согласно теории Бренстеда-Лоури, основание - это вещество, способное принимать протон от кислоты.
• По Льюису, основание - соединение, которое может отдавать электронную пару для образования связи.

Таким образом, все подходы едины в том, что основания отдают электронную пару при взаимодействиях - либо на связь с протоном, либо на связь с другими частицами.

Классификация оснований

По растворимости в воде основания делят на два класса:

1. Щелочи - растворимые основания, к которым относятся гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов.
2. Нерастворимые основания - гидроксиды других металлов.

Кроме этого, выделяют неустойчивые основания, которые при обычных условиях самопроизвольно разлагаются.

Примеры оснований:

• Щелочи - NaOH, KOH, Ca(OH)2
• Нерастворимые основания - Cu(OH)2, Fe(OH)3, Al(OH)3
• Неустойчивые основания - LiOH, NH2ONa

Химические свойства оснований

Основания проявляют разнообразные химические свойства в реакциях.

Щелочи энергично реагируют с водой и кислотами. При этом образуются соли и вода. Такие реакции называют реакциями нейтрализации. Например:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

Нерастворимые основания также взаимодействуют с сильными кислотами, образуя соли. Однако они не реагируют, к примеру, с углекислым газом.

Восстановительные свойства

Некоторые основания могут проявлять восстановительные свойства, отдавая электроны. К таким основаниям относятся гидроксиды металлов со средней степенью окисления, например Fe(OH)₂, Cr(OH)₂.

Основные химические свойства

• Реакции с кислотами и их оксидами
• Разложение при нагревании на оксид и воду
• Взаимодействие с солями в растворе
• Окислительно-восстановительные реакции

Далее мы подробно рассмотрим способы получения и применения оснований.

Получение оснований

Существует несколько основных способов получения оснований:

1. Взаимодействие основных оксидов с водой
2. Электролиз водных растворов солей
3. Реакции металлов или щелочей с солями в растворе

Данные методы позволяют получать как растворимые, так и нерастворимые основания химии. Рассмотрим их более подробно.

Взаимодействие оксидов с водой

Этим способом можно получать только щелочи. Основные оксиды энергично реагируют с водой с образованием гидроксидов:

Na2O + H2O → 2NaOH

Таким образом можно получить гидроксиды натрия, калия и других щелочных металлов. Оксиды других металлов с водой не взаимодействуют.

Электролиз растворов солей

При электролизе водных растворов солей, содержащих катионы щелочных или щелочноземельных металлов, на катоде образуется соответствующее основание химии:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2↑ + H2↑

Так можно получать щелочи - гидроксиды натрия, калия, кальция и др.

Применение оснований и щелочей

Основания используются в различных областях промышленности и в быту.

Щелочи применяют при производстве мыла, синтетических моющих средств, в текстильной промышленности. Также они используются для очистки воды и нейтрализации кислот.

Применение нерастворимых оснований

Нерастворимые основания химии, такие как гидроксид алюминия и гидроксид магния, используются в фармацевтике в качестве антацидов для нейтрализации избыточной кислотности в желудке.

Измерение силы оснований

Что такое основание в химии поможет охарактеризовать такая важная величина, как сила основания. Она показывает способность основания взаимодействовать с кислотами и отщеплять от них протон.

Константа и показатель основности

Для количественной оценки силы оснований используют величины константа основности (Kb) и показатель основности (pKb).

Константа основности показывает, насколько полно происходит реакция основания с водой с образованием ионов. Чем выше значение Kb, тем сильнее основание.

Для удобства часто используют показатель основности - отрицательный логарифм константы основности. Чем ниже величина pKb, тем сильнее основание.

Факторы, влияющие на силу оснований

На способность соединения проявлять основные свойства влияют такие факторы, как:

• Электроотрицательность атома, несущего неподеленную электронную пару
• Пространственное строение молекулы
• Возможность образования водородных связей с растворителем

Сравнение силы разных оснований

По значениям констант основности можно сравнивать основные свойства различных соединений. Например:

Из приведенных данных видно, что аммиак является более сильным основанием, чем анилин.

Влияние растворителя

На кислотно-основные свойства веществ существенное влияние оказывает растворитель. Для водных растворов выделяют два эффекта:

1. Нивелирующий эффект - усреднение свойств сильных и слабых оснований;
2. Дифференцирующий эффект - сохранение различий в силе оснований средней силы.

Так, очень сильные (щелочные металлы) и очень слабые основания проявляют в воде практически одинаковые свойства. А основания средней силы сохраняют различия.

Принцип жестких и мягких оснований

Согласно принципу Пирсона, жесткие основания предпочтительно взаимодействуют с жесткими кислотами, а мягкие - с мягкими. Жесткость определяется поляризуемостью и электроотрицательностью.

Так, ионы щелочных металлов являются жесткими основаниями, а ионы серы, фосфора, мышьяка - мягкими. Между основаниями и другими классами неорганических соединений существует тесная взаимосвязь.