القواعد: الخصائص والأمثلة
القواعد هي كل تلك المركبات الكيميائية التي يمكنها قبول البروتونات أو التبرع بالإلكترونات. في الطبيعة أو بشكل صناعي هناك قواعد غير العضوية والعضوية. لذلك ، يمكن توقع سلوكها للعديد من الجزيئات أو المواد الصلبة الأيونية.
ومع ذلك ، فإن ما يميز قاعدة ما عن بقية المواد الكيميائية هو ميلها الواضح للتبرع بالإلكترونات أمام ، على سبيل المثال ، الأنواع الفقيرة في الكثافة الإلكترونية. هذا ممكن فقط إذا كان الزوج الإلكتروني موجودًا. نتيجة لذلك ، فإن القواعد لديها مناطق غنية بالإلكترون ، δ-.
ما الخصائص الحسية التي تسمح بتحديد القواعد؟ وعادة ما تكون المواد الكاوية ، والتي تسبب حروق شديدة من خلال الاتصال الجسدي. في الوقت نفسه ، لديهم شعور صابون ، ويذوب الدهون بسهولة. بالإضافة إلى ذلك ، نكهاته مريرة.
أين هم في الحياة اليومية؟ المصدر التجاري والروتيني للقواعد منتجات التنظيف ، من المنظفات ، وحتى صابون التواليت. لهذا السبب ، يمكن أن تساعد صورة الفقاعات المعلقة في الهواء على تذكير القواعد ، حتى عندما تكون وراءها العديد من الظواهر الفيزيائية والكيميائية.
العديد من القواعد يحمل خصائص مختلفة تماما. على سبيل المثال ، يطلق البعض رائحة كريهة وغثيان ، مثل رائحة الأمينات العضوية. البعض الآخر ، من ناحية أخرى ، مثل الأمونيا ، تخترق وتهيج. يمكن أن تكون أيضًا سوائل عديمة اللون ، أو مواد صلبة بيضاء أيونية.
ومع ذلك ، فإن كل القواعد لها شيء مشترك: تتفاعل مع الأحماض لإنتاج أملاح قابلة للذوبان في المذيبات القطبية ، مثل الماء.
خصائص القواعد
بصرف النظر عن ما سبق ذكره ، ما هي الخصائص المحددة التي يجب أن تتمتع بها جميع القواعد؟ كيف يمكنهم قبول البروتونات أو التبرع بالإلكترونات؟ تكمن الإجابة في القدرة الكهربية لذرات الجزيء أو أيون. وبينهم جميعًا ، يعتبر الأكسجين هو الغالب ، خاصة عندما يتم العثور عليه كأكسيدريل أيون ، OH-.
يطلقون OH-
بادئ ذي بدء ، يمكن أن يكون OH- موجودًا في العديد من المركبات ، ولا سيما في هيدروكسيدات المعادن ، لأن في شركة المعادن تميل إلى "انتزاع" البروتونات لتكوين الماء. وبالتالي ، يمكن أن تكون القاعدة أي مادة تطلق هذا الأيون في المحلول من خلال توازن الذوبان:
M (OH) 2 M2 + + 2OH-
إذا كان الهيدروكسيد قابل للذوبان بشدة ، فإن التوازن ينزلق تمامًا إلى يمين المعادلة الكيميائية ويتم التحدث بقاعدة قوية. M (OH) 2 ، من ناحية أخرى ، هي قاعدة ضعيفة ، لأنها لا تطلق مركباتها بالكامل في الماء. بمجرد إنتاج OH- ، يمكنه تحييد أي حمض موجود حوله:
OH- + HA => A- + H 2 O
وبالتالي فإن OH- ينبذ حمض HA ليتحول إلى ماء. لماذا؟ نظرًا لأن ذرة الأكسجين له قدرة كهربية كبيرة وأيضًا ، فإنه يحتوي على فائض من الكثافة الإلكترونية بسبب الشحنة السالبة.
يحتوي O على ثلاثة أزواج من الإلكترونات الحرة ، ويمكنه التبرع بأي منها إلى ذرة H مع شحنة موجبة جزئية ، δ +. وبالمثل ، فإن الاستقرار النشط لجزيء الماء يفضل التفاعل. بمعنى آخر: يكون H 2 O أكثر ثباتًا من HA ، وعندما يكون هذا صحيحًا ، سيحدث رد فعل التحييد.
قواعد مترابطة
وماذا عن OH- و A-؟ كلاهما أساس ، مع اختلاف أن A- هي القاعدة المترافقة لحمض HA. أيضا ، A- هي قاعدة أضعف بكثير من OH-. من هنا يتم الوصول إلى الاستنتاج التالي: قاعدة واحدة تتفاعل لإنشاء قاعدة أخرى أضعف.
قاعدة قوية + حمض قوي => قاعدة ضعيفة + حمض ضعيف
كما يتبين في المعادلة الكيميائية العامة ، ينطبق الشيء نفسه على الأحماض.
يمكن للقاعدة المرافقة A- أن تنحل جزيءًا في تفاعل يعرف باسم التحلل المائي:
A- + H 2 O HA + OH-
ومع ذلك ، على عكس OH- ، فإنه ينشئ توازنًا عند تحييده بالماء. مرة أخرى ، لأن A- هي قاعدة أضعف بكثير ، لكنها كافية لإحداث تغيير في الرقم الهيدروجيني للحل.
لذلك ، كل تلك الأملاح التي تحتوي على A- تُعرف باسم الأملاح الأساسية. مثال على ذلك كربونات الصوديوم ، Na 2 CO 3 ، والتي بعد الحل تقوم بتكوين المحلول بواسطة تفاعل التحلل المائي:
CO 3 2- + H 2 O HCO 3 - + OH-
لديهم ذرات النيتروجين أو البدائل التي تجذب الكثافة الإلكترونية
فالقاعدة لا تتعلق فقط بالمواد الصلبة الأيونية التي تحتوي على OH في الأنيونات الشبكية الخاصة بها ، ولكن يمكن أن تحتوي أيضًا على ذرات إلكترونية أخرى مثل النيتروجين. ينتمي هذا النوع من القواعد إلى الكيمياء العضوية ، ومن بين الأمينات الأكثر شيوعًا.
ما هي مجموعة أمين؟ R-NH 2 . يوجد على ذرة النيتروجين زوج إلكتروني بدون مشاركة ، والذي ، مثل OH- ، يستخرج جزيء الماء:
R-NH 2 + H 2 O RNH 3 + + OH-
يتم تهجير التوازن إلى اليسار بشدة ، حيث أن الأمين ، على الرغم من كونه أساسي ، أضعف بكثير من OH-. لاحظ أن التفاعل يشبه التفاعل المعطى لجزيء الأمونيا:
NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH-
الأمينات فقط لا يمكن أن تشكل الكاتيون بشكل صحيح ، NH 4 + ؛ على الرغم من RNH 3 + هو الموجبة الأمونيوم مع أحادية.
ويمكن أن تتفاعل مع المركبات الأخرى؟ نعم ، مع أي شخص لديه هيدروجين حمضي بدرجة كافية ، حتى لو لم يحدث التفاعل بالكامل. وهذا هو ، أمين قوي جدا فقط يتفاعل دون إقامة التوازن. وبالمثل ، يمكن للأمينات أن تتبرع بزوج الإلكترون لأنواع أخرى غير H (مثل جذور ألكيل: - CH 3 ).
قواعد مع حلقات العطرية
يمكن أن يكون للأمينات أيضًا حلقات عطرية. إذا تمكن زوج الإلكترونات من "الضياع" داخل الحلقة ، لأنه يجذب الكثافة الإلكترونية ، فإن قاعدته الأساسية ستنخفض. لماذا؟ نظرًا لوجود أكثر توطينًا لهذا الزوج داخل الهيكل ، كلما كان تفاعله أسرع مع الأنواع الفقيرة بالإلكترون.
على سبيل المثال ، NH 3 أساسي لأن زوجها من الإلكترونات ليس لديه مكان يذهبون إليه. بالطريقة نفسها يحدث ذلك مع الأمينات ، إما الابتدائية (RNH 2 ) ، الثانوية (R 2 NH) أو العالي (R 3 N). هذه هي أكثر أساسية من الأمونيا لأنه ، بالإضافة إلى ما سبق ، يجتذب النيتروجين كثافة إلكترون أعلى من بدائل R ، وبالتالي يزداد بمقدار δ-.
ولكن عندما يكون هناك حلقة عطرية ، يمكن لهذا الزوج الدخول في الرنين داخلها ، مما يجعل من المستحيل المشاركة في تكوين روابط مع H أو الأنواع الأخرى. لذلك ، تميل الأمينات العطرية إلى أن تكون أقل أساسية ، إلا إذا ظل زوج الإلكترون ثابتًا على النيتروجين (كما هو الحال مع جزيء البيريدين).
أدر مؤشرات القاعدة الحمضية إلى ألوان درجة الحموضة العالية
والنتيجة المباشرة للقواعد هي أنها ، مذابة في أي مذيب ، وفي وجود مؤشر قاعدة الحمضية ، فإنها تحصل على الألوان المقابلة لقيم درجة الحموضة العالية.
أفضل حالة معروفة هي حالة الفينول فثالين. عند درجة الحموضة أعلى من 8 ، يتم صبغ محلول مع الفينول فثالين تضاف إليه قاعدة ، باللون الأحمر العنيف. يمكن تكرار التجربة نفسها مع مجموعة واسعة من المؤشرات.
أمثلة على القواعد
هيدروكسيد الصوديوم
يعد هيدروكسيد الصوديوم أحد أكثر القواعد استخدامًا في جميع أنحاء العالم. تطبيقاته لا تعد ولا تحصى ، ولكن من بينها يمكن ذكر استخدامها لاستخدامه في saponify بعض الدهون وبالتالي تصنيع الأملاح الأساسية من الأحماض الدهنية (الصابون).
CH 3 OCH 3
من الناحية الهيكلية ، قد لا يبدو الأسيتون يقبل البروتونات (أو يتبرع بالإلكترونات) ، ومع ذلك فهو يفعل ذلك رغم أنه قاعدة ضعيفة للغاية. وذلك لأن ذرة O الكهربية تجذب السحب الإلكترونية لمجموعات CH 3 ، مما يؤكد وجود أزواج الإلكترون فيها (: O :).
هيدروكسيدات القلويات
بصرف النظر عن NaOH ، فإن هيدروكسيدات المعادن القلوية هي أيضًا قواعد قوية (باستثناء LiOH). وبالتالي ، من بين القواعد الأخرى ما يلي:
- KOH: هيدروكسيد البوتاسيوم أو البوتاس الكاوي ، هو أحد القواعد الأكثر استخدامًا في المختبر أو في الصناعة ، نظرًا لقوته الشحمية الكبيرة.
-RbOH: هيدروكسيد الروبيديوم.
-COH: هيدروكسيد السيزيوم.
-FROH: هيدروكسيد الفرنسيوم ، الذي يفترض أن قاعدته ، من الناحية النظرية ، هو الأقوى على الإطلاق.
القواعد العضوية
- CH 3 CH 2 NH 2 : إيثيلامين.
لين 2 : أميد الليثيوم. جنبا إلى جنب مع أميد الصوديوم ، NaNH 2 ، فهي واحدة من أقوى القواعد العضوية. في داخلها أنيون وسط ، NH 2 - هو القاعدة التي تنقل الماء أو تتفاعل مع الأحماض.
-CH 3 ONA: ميثوكسيد الصوديوم. والقاعدة هنا هي CH 3 O- ، التي يمكن أن تتفاعل مع الأحماض لإنتاج الميثانول ، CH 3 OH.
- الكواشف Grignard: لديهم ذرة معدنية وهالوجين ، RMX. في هذه الحالة ، فإن R الجذري هو الأساس ، ولكن ليس لأنه ينتزع الهيدروجين الحمضي ، ولكن لأنه يتخلى عن زوجه من الإلكترونات التي يشاركها مع ذرة المعدن. على سبيل المثال: بروميد الإيثيل المغنيسيوم ، CH 3 CH 2 MgBr. أنها مفيدة جدا في التوليف العضوي.
NaHCO 3
يستخدم بيكربونات الصوديوم لتحييد الحموضة في الحالات المعتدلة ، على سبيل المثال ، داخل الفم كمادة مضافة في معاجين الأسنان.
