GRUNDLAGEN: EIGENSCHAFTEN UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Grundlagen sind alle chemischen Verbindungen, die Elektronen abgeben oder Protonen aufnehmen können. In der Natur oder künstlich gibt es sowohl anorganische als auch organische Basen. Daher kann sein Verhalten für viele ionische Moleküle oder Feststoffe vorhergesagt werden.

Was eine Base jedoch von den übrigen chemischen Substanzen unterscheidet, ist ihre ausgeprägte Tendenz, Elektronen abzugeben, im Vergleich zu beispielsweise Spezies mit geringer Elektronendichte. Dies ist nur möglich, wenn sich das elektronische Paar befindet. Infolgedessen haben Basen elektronenreiche Regionen, δ-.

Seifen sind schwache Basen, die durch die Reaktion von Fettsäuren mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid gebildet werden.

Welche organoleptischen Eigenschaften ermöglichen die Identifizierung der Basen? Es handelt sich in der Regel um ätzende Substanzen, die durch körperlichen Kontakt schwere Verbrennungen verursachen. Gleichzeitig haben sie eine seifige Note und lösen Fette leicht auf. Darüber hinaus sind seine Aromen bitter.

Wo sind sie im täglichen Leben? Eine kommerzielle und routinemäßige Quelle für Stiftungen sind Reinigungsprodukte, von Reinigungsmitteln bis hin zu Handseifen. Aus diesem Grund kann das Bild einiger in der Luft schwebender Blasen helfen, sich an die Basen zu erinnern, obwohl sich hinter ihnen viele physikalisch-chemische Phänomene befinden.

Viele Basen weisen völlig unterschiedliche Eigenschaften auf. Zum Beispiel haben einige üble und starke Gerüche, wie organische Amine. Andere dagegen, wie Ammoniak, dringen ein und reizen. Sie können auch farblose Flüssigkeiten oder ionische weiße Feststoffe sein.

Allen Basen ist jedoch eines gemeinsam: Sie reagieren mit Säuren unter Bildung löslicher Salze in polaren Lösungsmitteln wie Wasser.

Eigenschaften der Basen

Seife ist eine Basis

Welche spezifischen Eigenschaften sollten alle Basen haben, abgesehen von dem, was bereits erwähnt wurde? Wie können sie Protonen aufnehmen oder Elektronen spenden? Die Antwort liegt in der Elektronegativität der Atome des Moleküls oder Ions; und unter allen ist Sauerstoff der vorherrschende, insbesondere wenn er als Hydroxylion OH ^{- gefunden wird} .

Physikalische Eigenschaften

Die Basen haben einen sauren Geschmack und sind bis auf Ammoniak geruchlos. Seine Textur ist rutschig und kann die Farbe von Lackmuspapier in Blau, Methylorange in Gelb und Phenolphthalein in Lila ändern.

Stärke einer Basis

Basen werden in starke und schwache Basen eingeteilt. Die Stärke einer Base ist mit ihrer Gleichgewichtskonstante verbunden, daher werden diese Konstanten im Fall von Basen als Basizitätskonstanten Kb bezeichnet.

Daher haben starke Basen eine große Basizitätskonstante, so dass sie dazu neigen, vollständig zu dissoziieren. Beispiele für diese Säuren sind Alkalien wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, deren Basizitätskonstanten so groß sind, dass sie in Wasser nicht gemessen werden können.

Andererseits ist eine schwache Base eine Base, deren Dissoziationskonstante niedrig ist, so dass sie sich im chemischen Gleichgewicht befindet.

Beispiele hierfür sind Ammoniak und Amine, deren Säurekonstanten in der Größenordnung von 10 ^{-4 liegen} . 1 zeigt die verschiedenen Säurekonstanten für verschiedene Basen.

Basisdissoziationskonstanten.

pH größer als 7

Die pH-Skala misst den Grad der Alkalität oder des Säuregehalts einer Lösung. Die Skala reicht von Null bis 14. Ein pH-Wert von weniger als 7 ist sauer. Ein pH-Wert von mehr als 7 ist basisch. Mittelpunkt 7 repräsentiert einen neutralen pH. Eine neutrale Lösung ist weder sauer noch alkalisch.

Die pH-Skala wird als Funktion der Konzentration von H ⁺ in der Lösung erhalten und ist umgekehrt proportional dazu. Basen erhöhen durch Verringern der Protonenkonzentration den pH-Wert einer Lösung.

Fähigkeit, Säuren zu neutralisieren

Arrhenius schlägt in seiner Theorie vor, dass Säuren, die Protonen erzeugen können, mit der Hydroxylgruppe der Basen unter Bildung von Salz und Wasser auf folgende Weise reagieren:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

Diese Reaktion wird als Neutralisation bezeichnet und ist die Grundlage der als Titration bezeichneten Analysetechnik.

Oxidreduktionskapazität

Aufgrund ihrer Fähigkeit, geladene Spezies zu produzieren, werden Basen als Medium für den Elektronentransfer bei Redoxreaktionen verwendet.

Basen neigen auch zur Oxidation, da sie freie Elektronen abgeben können.

Basen enthalten OH- Ionen. Sie können Elektronen spenden. Aluminium ist ein Metall, das mit Basen reagiert.

2Al + 2NaOH + 6H ₂ O → 2NaAl (OH) ₄ + 3H ₂

Sie korrodieren nicht viele Metalle, da Metalle dazu neigen, Elektronen eher zu verlieren als aufzunehmen, aber Basen sind gegenüber organischen Substanzen, wie denen, aus denen die Zellmembran besteht, stark ätzend.

Diese Reaktionen sind normalerweise exotherm und führen bei Hautkontakt zu schweren Verbrennungen. Daher muss diese Art von Substanz mit Vorsicht behandelt werden. Abbildung 3 ist der Sicherheitsindikator, wenn ein Stoff ätzend ist.

Kennzeichnung von ätzenden Substanzen.

Sie setzen OH frei

Zunächst kann OH ^- in vielen Verbindungen vorhanden sein, hauptsächlich in Metallhydroxiden, da es in Gesellschaft von Metallen dazu neigt, Protonen zur Bildung von Wasser zu "nehmen". Somit kann eine Base jede Substanz sein, die dieses Ion in Lösung durch ein Löslichkeitsgleichgewicht freisetzt:

M (OH) ₂ M ²⁺ + 2OH ^-

Wenn das Hydroxid sehr löslich ist, verschiebt sich das Gleichgewicht vollständig nach rechts von der chemischen Gleichung und wir sprechen von einer starken Base. M (OH) ₂ ist dagegen eine schwache Base, da es seine OH ^- Ionen nicht vollständig ins Wasser abgibt. Sobald das OH ^- produziert ist, kann es jede Säure in seiner Umgebung neutralisieren:

OH ^- + HA => A ^- + H ₂ O.

Und so wandelt sich die OH ^- Deprotona zur Säure HA in Wasser um. Warum? Weil das Sauerstoffatom sehr elektronegativ ist und aufgrund der negativen Ladung auch eine überschüssige elektronische Dichte aufweist.

O hat drei Paare freier Elektronen und kann eines davon an das teilweise positiv geladene H-Atom δ + abgeben. Auch die große Energiestabilität des Wassermoleküls begünstigt die Reaktion. Mit anderen Worten: H ₂ O ist viel stabiler als HA, und wenn dies zutrifft, tritt die Neutralisationsreaktion auf.

Basen konjugieren

Und was ist mit OH ^- und A ^- ? Beide sind Basen, mit dem Unterschied, dass A ^- die konjugierte Base der Säure HA ist. Auch A ^- ist eine viel schwächere Base als OH ^- . Von hier aus wird folgende Schlussfolgerung gezogen: Eine Base reagiert, um eine schwächere zu erzeugen.

Base _Strong + Acid _Strong => Base _Weak + Acid _Weak

Wie aus der allgemeinen chemischen Gleichung ersichtlich ist, gilt dies auch für Säuren.

Konjugatbase A ^- kann ein Molekül in einer als Hydrolyse bekannten Reaktion deprotonieren:

A ^- + H ₂ O HA + OH ^-

Im Gegensatz zu OH ^- stellt es jedoch ein Gleichgewicht her, wenn es mit Wasser neutralisiert wird. Dies liegt wiederum daran, dass A ^- eine viel schwächere Base ist, aber genug, um eine Änderung des pH-Werts der Lösung zu bewirken.

Daher werden alle Salze, die A ^- enthalten, als Basissalze bezeichnet. Ein Beispiel hierfür ist Natriumcarbonat, Na ₂ CO ₃ , das nach dem Auflösen die Lösung durch die Hydrolysereaktion basisch macht:

CO ₃ ^2– + H ₂ O HCO ₃ ^- + OH ^-

Sie haben Stickstoffatome oder Substituenten, die die Elektronendichte anziehen

Eine Base sind nicht nur ionische Feststoffe mit OH ^- Anionen in ihrem Kristallgitter, sondern sie können auch andere elektronegative Atome wie Stickstoff aufweisen. Diese Arten von Basen gehören zur organischen Chemie und gehören zu den häufigsten Aminen.

Was ist die Amingruppe? R-NH ₂ . Am Stickstoffatom befindet sich ein ungeteiltes elektronisches Paar, das wie OH ^- ein Wassermolekül deprotonieren kann:

R - NH ₂ + H ₂ O RNH ₃ ⁺ + OH ^-

Das Gleichgewicht ist weit links, da Amin, obwohl basisch, viel schwächer als OH ^{- ist} . Beachten Sie, dass die Reaktion der für das Ammoniakmolekül angegebenen ähnlich ist:

NH ₃ + H ₂ O NH ₄ ⁺ + OH ^-

Nur dass die Amine das Kation NH ₄ ⁺ nicht bilden können ; obwohl RNH ₃ ⁺ das Ammoniumkation mit einer Monosubstitution ist.

Und kann es mit anderen Verbindungen reagieren? Ja, bei jedem, der ausreichend sauren Wasserstoff hat, auch wenn die Reaktion nicht vollständig abläuft. Das heißt, nur ein sehr starkes Amin reagiert, ohne ein Gleichgewicht herzustellen. Ebenso können Amine ihr Elektronenpaar an andere Spezies als H abgeben (wie Alkylradikale: -CH ₃ ).

Basen mit aromatischen Ringen

Amine können auch aromatische Ringe haben. Wenn sein Elektronenpaar im Ring "verloren" gehen kann, weil der Ring die Elektronendichte anzieht, nimmt seine Basizität ab. Warum? Denn je lokalisierter dieses Paar in der Struktur ist, desto schneller reagiert es mit der elektronenarmen Spezies.

Zum Beispiel ist NH ₃ grundlegend, weil sein Elektronenpaar nirgendwo hingehen kann. Gleiches gilt für Amine, unabhängig davon, ob sie primär (RNH ₂ ), sekundär (R ₂ NH) oder tertiär (R ₃ N) sind. Diese sind basischer als Ammoniak, da Stickstoff zusätzlich zu dem, was gerade erklärt wurde, höhere elektronische Dichten der R-Substituenten anzieht und somit δ- erhöht.

Wenn es jedoch einen aromatischen Ring gibt, kann dieses Paar in ihm in Resonanz treten, was es unmöglich macht, an der Bildung von Bindungen mit H oder anderen Spezies teilzunehmen. Daher neigen aromatische Amine dazu, weniger basisch zu sein, es sei denn, das Elektronenpaar bleibt auf Stickstoff fixiert (wie beim Pyridinmolekül).

Beispiele für Basen

NaOH

Natriumhydroxid ist eine der weltweit am häufigsten verwendeten Basen. Seine Anwendungen sind unzählig, aber unter ihnen können wir seine Verwendung erwähnen, um einige Fette zu verseifen und so basische Salze von Fettsäuren (Seifen) herzustellen.

CH

Strukturell scheint Aceton keine Protonen aufzunehmen (oder Elektronen abzugeben), tut dies jedoch, obwohl es eine sehr schwache Base ist. Dies liegt daran, dass das elektronegative O-Atom die Elektronenwolken der CH ₃ -Gruppen anzieht und das Vorhandensein seiner beiden Elektronenpaare (: O :) betont.

Alkalihydroxide

Alkalimetallhydroxide sind neben NaOH auch starke Basen (mit geringfügiger Ausnahme von LiOH). So gibt es unter anderem folgende Grundlagen:

-KOH: Kaliumhydroxid oder Kalilauge. Aufgrund seiner großen Entfettungskraft ist es eine der am häufigsten verwendeten Basen im Labor oder in der Industrie.

-RbOH: Rubidiumhydroxid.

-CsOH: Cäsiumhydroxid.

-FrOH: Franciumhydroxid, dessen Basizität theoretisch als eine der stärksten jemals bekannten angesehen wird.

Organische Basen

-CH ₃ CH ₂ NH ₂ : Ethylamin.

-LiNH ₂ : Lithiumamid. Zusammen mit dem Natriumamid NaNH ₂ sind sie eine der stärksten organischen Basen. In ihnen ist das Amidanion NH ₂ ^- die Base, die Wasser deprotoniert oder mit Säuren reagiert.

-CH ₃ ONa: Natriummethoxid. Hier ist die Base das Anion CH ₃ O ^- , das mit Säuren zu Methanol CH ₃ OH reagieren kann .

-Die Grignard-Reagenzien: Sie haben ein Metallatom und ein Halogen, RMX. In diesem Fall ist das Radikal R die Base, aber nicht genau, weil es einen sauren Wasserstoff wegnimmt, sondern weil es sein Elektronenpaar aufgibt, das es mit dem Metallatom teilt. Zum Beispiel: Ethylmagnesiumbromid, CH ₃ CH ₂ MgBr. Sie sind sehr nützlich in der organischen Synthese.

NaHCO

Backpulver wird verwendet, um den Säuregehalt unter milden Bedingungen, beispielsweise im Mund, als Zusatz in Zahnpasten zu neutralisieren.

Verweise

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