Influenza del solvente. Interazione con sali solubili per formare precipitati. L'influenza della struttura della base

La teoria di Bronsted-Lowry permette di quantificare la forza delle basi, cioè la loro capacità di scindere un protone dagli acidi. Questo di solito viene fatto usando la costante di basicità Kb- costanti di equilibrio della reazione della base con l'acido di riferimento, scelto come acqua. Maggiore è la costante di basicità, maggiore è la forza della base e maggiore è la sua capacità di scindere un protone. Spesso la costante di basicità è espressa come un esponente della costante di basicità p Kb. Ad esempio, per l'ammoniaca come base Bronsted, possiamo scrivere:

Per le basi polibasiche vengono utilizzati diversi valori delle costanti di dissociazione. RE b1, RE b2 ecc. Ad esempio, uno ione fosfato può essere protonato tre volte:

La forza di una base può anche essere caratterizzata dalla costante di acidità del suo acido coniugato Ka(BH +), e il prodotto della costante di basicità Kb ad una costante Ka(BH +) è uguale al prodotto ionico dell'acqua per soluzioni acquose e alla costante di autoprotolisi del solvente nel caso generale.

Ne consegue anche dall'ultima equazione che la forza della base è maggiore, minore è l'acidità del suo acido coniugato. Ad esempio, l'acqua è un acido debole e, quando un protone viene rimosso, si trasforma in una base forte - lo ione idrossido OH -.

valori p Kb alcune basi e p Ka loro acidi coniugati in soluzioni acquose diluite

Effetto solvente

Il solvente ha un effetto significativo sull'equilibrio acido-base. In particolare, per le soluzioni acquose si è riscontrato che tutte le basi con costante di basicità p Kb < 0 имеют одинаковые свойства (к примеру, pH растворов). Объясняется это тем, что такие основания в воде практически нацело превращаются в гидроксид-ион OH – , который является единственным основанием в растворе. Так, все основания с pKb < 0 (амид натрия NaNH 2 , гидрид натрия NaH и др.) дают эквивалентное количество гидроксид-ионов в водных растворах, выравниваясь между собой по силе. Questo fenomeno ottenuto il nome effetto livellante del solvente. Allo stesso modo, in soluzioni acquose, basi molto deboli con p Kb > 14.

Basi con p Kb da 0 a 14 in acqua sono parzialmente protonate e sono in equilibrio con l'acido coniugato, e le loro proprietà in soluzione dipendono dal valore di p Kb. In questo caso si parla di effetto solvente differenziante. Intervallo pag Kb, in cui le basi sono differenziate per forza, è uguale alla costante di autoprotolisi del solvente. Per diversi solventi, questo intervallo è diverso (14 per l'acqua, 19 per l'etanolo, 33 per l'ammoniaca, ecc.), quindi l'insieme delle basi differenziate e livellate è diverso per loro.

Nei solventi con pronunciate proprietà acide, tutte le basi diventano più forti e Di più le basi sono livellate dalla forza. Per esempio, acido acetico chiamate la maggior parte basi note in forza, con la loro base coniugata - lo ione acetato CH 3 COO -. Al contrario, i solventi basici (ammoniaca) servono come solventi differenzianti per le basi.

L'influenza della struttura della base

Esistono diversi fattori che determinano la forza relativa delle basi organiche e inorganiche e sono correlati alla loro struttura. Spesso diversi fattori agiscono contemporaneamente, quindi è difficile prevedere la loro influenza totale. Tra i più significativi vi sono i seguenti fattori.

• Effetto induttivo(effetto campo). Con un aumento della disponibilità di una coppia di elettroni di una base, la sua forza aumenta. Per questo motivo, l'introduzione di sostituenti elettron-donatori nella base contribuisce alla manifestazione delle sue proprietà fondamentali. Ad esempio, l'introduzione di sostituenti alchilici nella molecola di ammoniaca porta a basi più forti dell'ammoniaca stessa. Al contrario, l'introduzione di sostituenti accettore nella molecola abbassa la forza della base.

• effetto mesomerico(effetto di risonanza). I sostituenti elettron-donatori e elettron-attrattori hanno un positivo e cattiva influenza sulla forza del fondamento, quindi anche attraverso il sistema coniugale. In questo caso si parla di effetto mesomerico. Questo effetto porta alle stesse conseguenze di quello induttivo: differisce solo il meccanismo della loro azione. COSÌ, paio-nitroanilina è una base più debole dell'anilina (p Kb sono pari rispettivamente a 12,89 e 9,40) a causa dell'effetto accettore del gruppo nitro, che riduce la disponibilità della coppia di elettroni dell'azoto del gruppo amminico.

L'effetto di coniugazione appare anche se coppia di elettroni la base è in un sistema di coniugazione, per esempio, con un sistema aromatico o un doppio legame. In questo caso, i motivi hanno una forza inferiore. Ad esempio, le ammidi e le aniline sono basi molto più deboli delle ammine.

• Correlazione con la disposizione degli atomi nel sistema periodico. Maggiore è l'elettronegatività dell'elemento base, minore è la resistenza della base. Pertanto, la forza della base diminuisce quando ci si sposta nel periodo sistema periodico da sinistra a destra. Inoltre, la basicità diminuisce quando ci si sposta lungo il gruppo dall'alto verso il basso, il che è associato ad un aumento del raggio dell'atomo principale e, di conseguenza, a una minore densità di carica negativa su di esso, che alla fine riduce la forza di legame di un atomo caricato positivamente protone.

• Ibridazione. La forza delle basi organiche diminuisce se l'atomo principale è legato ad un altro atomo da più legami. Quindi, passando dalle ammine alle immine e ai nitrili, la basicità diminuisce. Ciò è dovuto al fatto che si trova la coppia di elettroni in questi composti sp 3-, sp 2- E sp-orbitali ibridi dell'atomo di azoto, rispettivamente, cioè in questa riga coppia di elettroni si avvicina in carattere a S-elettroni, avvicinandosi al nucleo atomico e diventando meno accessibili.

Lo sappiamo dalla scuola le basi sono composti in cui gli atomi di metallo sono legati a uno o più gruppi idrossi- KOH, Ca (OH) 2, ecc. Tuttavia, il concetto di "base" è in realtà più ampio e ci sono due teorie di base: protone (teoria di Brönsted-Lowry) ed elettronica (teoria di Lewis). considereremo in un articolo separato, quindi prenderemo la definizione dalla teoria di Brönsted (di seguito in questo articolo - solo le basi di Brönsted): Le basi (idrossidi) sono sostanze o particelle in grado di accettare (separare) un protone da un acido. Secondo questa definizione, le proprietà della base dipendono dalle proprietà - ad esempio, l'acqua o l'acido acetico si comportano come basi in presenza di acidi più forti:

H 2 SO 4 + H 2 O ⇄ H SO 4 - + H 3 O + (catione idronio)

H 2 SO 4 + CH 3 COOH ⇄ H SO 4 - + CH 3 COOH 2 +

Nomenclatura di base

I nomi delle basi sono formati in modo molto semplice: prima viene la parola "idrossido", quindi il nome del metallo incluso in questa base. Se il metallo ha una valenza variabile, ciò si riflette nel nome.

KOH - idrossido di potassio
Ca (OH) 2 - idrossido di calcio
Fe (OH) 2 - idrossido di ferro (II).
Fe (OH) 3 - idrossido di ferro (III).

C'è anche la base NH 4 OH (idrossido di ammonio), dove il gruppo idrossi non è collegato al metallo, ma al catione di ammonio NH 4 +.

Classificazione di base

Le fondazioni possono essere classificate secondo i seguenti criteri:

1. Secondo la solubilità, le basi sono divise in solubili - alcali(NaOH, KOH) e basi insolubili(Ca(OH) 2 , Al(OH) 3).
2. In base all'acidità (numero di gruppi idrossi), le basi sono suddivise in singolo acido(KOH, LiOH) e poliacido(Mg (OH 2), Al (OH) 3).
3. Di proprietà chimiche sono divisi in principale(Ca(OH) 2 , NaOH) e anfotero, cioè mostrando sia proprietà di base che acide (Al (OH) 3, Zn (OH) 2).
4. Per forza (secondo il grado di dissociazione) ci sono:
   UN) forte(α \u003d 100%) - tutte le basi solubili NaOH, LiOH, Ba (OH) 2, Ca (OH) 2 leggermente solubile.
   B) Debole (α < 100 %) – все нерастворимые основания Cu(OH) 2 , Fe(OH) 3 и растворимое NH 4 OH.

La forza delle fondamenta

Per le basi si può quantificare la loro forza, cioè la capacità di scindere un protone da un acido. Per fare ciò, usa la costante di basicità K b - la costante di equilibrio per la reazione tra una base e un acido, e l'acqua agisce come un acido. Maggiore è il valore della costante di basicità, maggiore è la forza della base e maggiore è la sua capacità di scindere un protone. Inoltre, al posto della costante stessa, viene spesso utilizzato l'indicatore della costante di basicità pK b. Ad esempio, per l'ammoniaca NH 3 abbiamo:

Ricevuta

1. Interazione del metallo attivo con l'acqua:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + H 2

Mg + 2H 2 O Mg (OH) 2 + H 2

1. Interazione del basico con l'acqua (solo per metalli alcalini e alcalino terrosi):

Na2O + H2O → 2NaOH,

CaO + H 2 O → Ca (OH) 2.

1. Un metodo industriale per la produzione di alcali è l'elettrolisi delle soluzioni saline:

2NaCI + 4H2O2NaOH + 2H2 + CI2

1. L'interazione di sali solubili con alcali, e per basi insolubili questo è l'unico modo per ottenere:

Na2SO4 + Ba(OH)2 → 2NaOH + BaSO4

MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4.

Proprietà fisiche

Tutte le basi sono solidi con colori diversi. Insolubile in acqua, ad eccezione degli alcali.

Attenzione! Gli alcali sono molto sostanze caustiche. Se vengono a contatto con la pelle, le soluzioni alcaline provocano gravi ustioni a lunga guarigione, se entrano negli occhi possono causare cecità. Quando si lavora con loro, osservare le precauzioni di sicurezza e l'uso con mezzi individuali protezione.

Aspetto della fondazione. Da sinistra a destra: idrossido di sodio, idrossido di calcio, metaidrossido di ferro

Proprietà chimiche

Le proprietà chimiche delle basi dal punto di vista della teoria della dissociazione elettrolitica sono dovute alla presenza nelle loro soluzioni di un eccesso di idrossido libero - ioni OH.

1. Modifica del colore degli indicatori:

fenolftaleina - lampone

tornasole - blu

metile arancione - giallo

La fenolftaleina conferisce alla soluzione alcalina un colore cremisi.

1. Interazione con acidi per formare sale e acqua (reazione di neutralizzazione):

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O,

solubile

Mg(OH) 2 + 2HCI → MgCI 2 + 2H 2 O.

insolubile

1. Interazione con gli acidi:

2KOH + SO 3 → K 2 SO 4 + H 2 O

1. Interazione con anfotero e idrossidi:

a) durante la fusione:

2NaOH + AI 2 O 3 → 2NaAIO 2 + H 2 O,

NaOH + AI(OH) 3 → NaAIO 2 + 2H 2 O.

b) in soluzione:

2NaOH + AI 2 O 3 + 3H 2 O → 2Na,

NaOH + AI(OH)3 → Na.

1. Interazione con alcuni sostanze semplici(metalli anfoteri, silicio e altri):

2NaOH + Zn + 2H 2 O → Na 2 + H 2

2NaOH + Si + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2

1. Interazione con sali solubili con formazione di precipitazione:

2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 + Na2SO4,

Ba(OH)2 + K2SO4 → BaSO4 + 2KOH.

1. Le basi leggermente solubili e insolubili si decompongono se riscaldate:

Ca(OH)2 → CaO + H2O,

Cu(OH)2 → CuO + H2O.

Lo sapevate?

Le molecole organiche che si decompongono nel corso di milioni di anni in assenza di luce e ossigeno conservano solo il loro scheletro di idrocarburi. Il petrolio greggio, ad esempio, è una miscela di molecole contenenti solo carbonio e idrogeno, mentre il carbone contiene una serie di altri elementi. Sebbene le molecole presenti nel carbone e nel petrolio siano nettamente diverse nella loro struttura chimica, lo sono caratteristica comune: non contengono gruppi funzionali!

L'interazione di molecole o ioni di un soluto con un solvente è chiamata processo solvatazione. La stabilità di un anione dipende essenzialmente dalla sua solvatazione in soluzione: più lo ione è solvatato, più è stabile, e maggiore è la solvatazione, più taglia più piccola ione e minore è la delocalizzazione della carica negativa in esso.

Proprietà fondamentali dei composti organici. π basi eN- basi.

Basicità dei composti organici.

Composti organici le cui molecole includono atomi di azoto, ossigeno e zolfo possono agire come basi aggiungendo un protone di idrogeno a spese di una coppia solitaria di elettroni a livello di energia esterna. Un eteroatomo in una molecola organica che accetta un protone è chiamato centro di basicità.

Le basi di Brönsted sono divise in basi n e basi π.

N– Fondazioni possono essere particelle neutre o cariche negativamente. Questi includono: ammonio (R 3 N, R \u003d NH, RCN), ossonio (RC (O) R 1, R-O-R 1), solfonio (R-S-R 1, RC (S) R 1)

. π - basi(alchini, alcheni, dieni, areni) in essi, il centro di basicità sono gli elettroni del legame π. Queste sono basi molto deboli, poiché le coppie di elettroni protonate non sono libere.

La forza della base è determinata dalla stabilità del catione risultante (acido coniugato). Più stabile è il catione, più forte è la base.

Per la caratterizzazione quantitativa della basicità, viene solitamente utilizzato il valore di pK BH +, un indicatore della costante di basicità dell'acido coniugato. Maggiore è il pK BH+, più forte è la base.

Fattori che influenzano la basicità

La natura dell'eteroatomo nel centro principale

H 3 C -NH 2 > H 3 C -OHH 3 C -OH> H 3 C -SH

La forza delle basi dipende dall'elettronegatività dell'eteroatomo nel centro principale. Più EO di un atomo, più deboli sono le proprietà di base, quindi alcoli ed eteri sono basi più deboli rispetto alle ammine.

La struttura del radicale associato al centro principale.

anilina H 3 C → CH 2 → NH 2 etilammina

Le ammine alifatiche presentano proprietà di base più pronunciate rispetto a quelle aromatiche, poiché la densità elettronica si sposta dal radicale idrocarburico a NH 2 e maggiore è la densità elettronica sul centro principale, migliore è l'unione di H +. nelle ammine aromatiche, NH 2 entra in coniugazione generale con l'anello benzenico e conferisce la densità elettronica all'anello, quindi H + è più difficile da aggiungere, le proprietà di base sono più deboli.

Influenza dei deputati. I sostituenti elettron-donatori migliorano le proprietà di base e i sostituenti elettron-attrattori diminuiscono, ad esempio:

4-cloroanilina anilina 4-nitroanilina

RK VN + 5,1 4,6 1,0

diminuzione della basicità

Effetto solvente

Nell'ambiente acquatico ruolo importante riduce le barriere spaziali all'idratazione, quindi le ammine secondarie sono meglio idratate di quelle terziarie, che sono spazialmente difficili da accedere.

Base insolubile: idrossido di rame

Fondazioni- chiamati elettroliti, nelle cui soluzioni non ci sono anioni, ad eccezione degli ioni idrossido (gli anioni sono ioni che hanno carica negativa, v questo caso sono ioni OH. Titoli motivi si compone di tre parti: parole idrossido , a cui si aggiunge il nome del metallo (al genitivo). Per esempio, idrossido di rame(Cu(OH)2). Per alcuni motivi vecchi nomi possono essere usati, per esempio idrossido di sodio(NaOH) - alcali di sodio.

Idrossido di sodio, idrossido di sodio, alcali di sodio, Soda caustica- è tutta la stessa roba formula chimica quali NaOH. Anidro idrossido di sodioè una sostanza cristallina bianca. Soluzione - liquido chiaro apparentemente indistinguibile dall'acqua. Fai attenzione quando usi! La soda caustica brucia gravemente la pelle!

La classificazione delle basi si basa sulla loro capacità di dissolversi in acqua. Alcune proprietà delle basi dipendono dalla solubilità in acqua. COSÌ, motivi che sono solubili in acqua sono chiamati alcali. Questi includono idrossidi di sodio(NaOH), idrossido di potassio(KOH), litio (LiOH), a volte vengono aggiunti al loro numero e idrossido di calcio(Ca (OH) 2)), sebbene in realtà sia una sostanza scarsamente solubile Colore bianco(calce spenta).

Ottenere i motivi

Ottenere i motivi E alcali può essere prodotto diversi modi. Per ottenere alcali può essere utilizzata interazione chimica metallo con acqua. Tali reazioni procedono con un rilascio di calore molto elevato, fino all'accensione (l'accensione avviene a causa del rilascio di idrogeno durante la reazione).

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Calce viva - CaO

CaO + H 2 O → Ca (OH) 2

Ma questi metodi non sono stati trovati nell'industria. valore pratico, ovviamente, oltre ad ottenere idrossido di calcio Ca(OH) 2 . Ricevuta idrossido di sodio E idrossido di potassio associato all'uso corrente elettrica. Con l'elettrolisi soluzione acquosa cloruro di sodio o di potassio, l'idrogeno viene rilasciato al catodo e il cloro all'anodo, mentre nella soluzione dove avviene l'elettrolisi si accumula alcali!

KCl + 2H 2 O → 2KOH + H 2 + Cl 2 (questa reazione avviene quando una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la soluzione).

Basi insolubili assediare alcali dalle soluzioni dei sali corrispondenti.

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

Proprietà di base

alcali resistente al calore. Idrossido di sodio puoi sciogliere e portare a ebollizione il fuso, mentre non si decompone. alcali reagisce facilmente con gli acidi, con conseguente formazione di sale e acqua. Questa reazione è anche chiamata reazione di neutralizzazione.

KOH + HCl → KCl + H2O

alcali interagire con ossidi acidi, a seguito dei quali si formano sale e acqua.

2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O

Basi insolubili, a differenza degli alcali, non sono sostanze termicamente stabili. Alcuni di loro, ad esempio, idrossido di rame, si decompongono quando riscaldato,

Cu(OH)2 + CuO → H2O
altri, anche temperatura ambiente(ad esempio, idrossido d'argento - AgOH).

Basi insolubili interagiscono con gli acidi, la reazione avviene solo se il sale che si forma durante la reazione si dissolve in acqua.

Cu(OH)2 + 2HCl → CuCl2 + 2H2O

Dissoluzione di un metallo alcalino in acqua con cambiamento del colore dell'indicatore in rosso vivo

I metalli alcalini sono metalli che reagiscono con l'acqua per formarsi alcali. Il sodio Na è un tipico rappresentante dei metalli alcalini. Il sodio è più leggero dell'acqua, quindi la sua reazione chimica con l'acqua avviene sulla sua superficie. Dissolvendosi attivamente in acqua, il sodio sposta l'idrogeno da esso, formando sodio alcalino (o idrossido di sodio) - soda caustica NaOH. La reazione procede nel seguente modo:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Tutti i metalli alcalini si comportano in modo simile. Se, prima di iniziare la reazione, si aggiunge all'acqua l'indicatore fenolftaleina e quindi si immerge un pezzo di sodio nell'acqua, il sodio scivolerà attraverso l'acqua, lasciando dietro di sé una traccia rosa brillante dell'alcali risultante (macchie di alcali fenolftaleina in colore rosa)

idrossido di ferro

idrossido di ferroè la base. Il ferro, a seconda del grado della sua ossidazione, forma due diverse basi: idrossido di ferro, dove il ferro può avere valenze (II) - Fe (OH) 2 e (III) - Fe (OH) 3. Come le basi formate dalla maggior parte dei metalli, entrambe le basi di ferro sono insolubili in acqua.

idrossido di ferro(II) - sostanza gelatinosa bianca (precipitato in soluzione), che ha forti proprietà riducenti. Oltretutto, idrossido di ferro(II) molto instabile. Se a una soluzione idrossido di ferro(II) aggiungi un po 'di alcali, quindi cadrà un precipitato verde, che si scurisce piuttosto rapidamente e si trasforma in un precipitato marrone di ferro (III).

idrossido di ferro(III) ha proprietà anfotere, ma le sue proprietà acide sono molto meno pronunciate. Ottenere idrossido di ferro(III) possibile di conseguenza reazione chimica scambio tra sale di ferro e alcali. Per esempio

Fe 2 (SO 4) 3 + 6 NaOH → 3 Na 2 SO 4 +2 Fe (OH) 3