Base (hóa học)

Acid và base
Acid Phản ứng acid–base Độ mạnh của acid Hàm acid Lưỡng tính Base Dung dịch đệm Hằng số phân ly Hóa học cân bằng Chiết Hàm acid Hammett pH Ái lực proton Sự tự điện ly của nước Chuẩn độ Xúc tác acid Lewis
Các dạngacid
Brønsted–Lowry Lewis Acceptor Vô cơ Hữu cơ Mạnh Siêu acid Yếu Rắn
Các dạngbase
Brønsted–Lowry Lewis Donor Hữu cơ Mạnh Siêu base Phi nucleophil Yếu

Cấu trúc hình thành chính củaammoniac,một trong những loại base được sử dụng phổ biến nhất trênthế giới.
Chú thích:
H:Hydro
N:Nitơ

Xà phònglà base yếu được tạo thành do phản ứng củaacid béovớinatri hydroxidehoặckali hydroxide.

Tronghóa học,có ba định nghĩa được sử dụng phổ biến chotừbase(thường được phiên âm làbazơ), được gọi là baseArrhenius,baseBrønstedvà baseLewis.Tất cả các định nghĩa này đều đồng ý rằng base là những chất phản ứng vớiacidnhư đề xuất ban đầu của G.-F. Rouelle vào giữathế kỷ 18.

Năm 1884,Svante Arrheniusđề xuất rằng base là một chấtphân lytrongdung dịch nướcđể tạo thànhcác ion hydroxideOH^-.Cácionnày có thể phản ứng với cácion hydro(H⁺theo Arrhenius) từ sự phân ly củaacidđể tạo thành nước trongphản ứng acid - base.Do đó, base là mộthydroxidekim loại nhưNaOHhoặcCa(OH)₂.Các dung dịch hydroxide trong nước như vậy cũng được mô tả bằng một số tính chất đặc trưng. Chúng trơn khi chạm vào, có thể có vịđắngvà thay đổi màu sắc của chất chỉ thị pH (ví dụ:giấy quỳđỏ bị chuyển sang màu xanh).

Trong nước, bằng cách thay đổicân bằngtựion hóa,các base tạo ra các dung dịch trong đó độ hoạt động của ion hydro thấp hơn trongnước tinh khiết,tức là nước cópHcao hơn 7,0 ởđiều kiện tiêu chuẩn.Một base hòa tan được gọi làkiềmnếu nó chứa và giải phóng các ion OH^-về mặt định lượng.Oxide kim loại,hydroxide và đặc biệt làankoxidelà base, vàbase liên hợpcủaacidyếu là base yếu.

Base và acid được coi là đối lập hóa học vì tác dụng của acid là làm tăngnồng độ hydronium(H₃O⁺) trong nước, trong khi base làm giảm nồng độ này. Phản ứng giữa các dung dịch nước của một acid và một base được gọi là phản ứngtrung hòa,tạo ra một dung dịchnướcvà mộtmuốitrong đó muối phân tách thành các ion thành phần của nó. Nếu dung dịch nướcbão hòavới một chất tan muối nhất định, thì bất kỳ muối nào khác như vậy sẽkết tủara khỏi dung dịch.

Theo lý thuyết base-acid-Brønsted-Lowrytổng quát hơn (1923), một base là một chất có thể chấp nhận các cation hydro (H⁺) —còn gọi làproton.Điều này bao gồm các hydroxide trong nước vì OH^-phản ứng với H⁺để tạo thành nước, do đó các base Arrhenius là một tập hợp con của các base Brønsted. Tuy nhiên, cũng có những base Brønsted khác chấp nhậnproton,chẳng hạn như dung dịch nướcamonia(NH₃) hoặc các dẫn xuấthữu cơcủa nó (amin).Các base này không chứa ion hydroxide nhưng vẫn phản ứng với nước, làm tăng nồng độ của ion hydroxide.Ngoài ra, một số dung môi không chứa nước có chứa các base Brønsted phản ứng với các proton hòa tan. Ví dụ trongamonia lỏng,NH₂^-là loại ion cơ bản chấp nhận proton từ NH₄⁺,loại có tính acid trongdung môinày.

Gilbert N.Lewisnhận ra rằng nước,amoniavà các base khác có thể tạo liên kết với một proton docặp electronkhông chia sẻmà các base sở hữu.Tronglý thuyết Lewis,một base là chất chocặp điện tửcó thể chia sẻ một cặp điện tử với chất nhận điện tử được mô tả là acid Lewis.Lý thuyết Lewis tổng quát hơnmô hình Brønstedbởi vì acid Lewis không nhất thiết phải là một proton, mà có thể là một phân tử (hoặcion) khác với mộtquỹ đạo nguyên tửthấp trống có thể nhận một cặp điện tử. Một ví dụ đáng chú ý làbo triflorua(BF₃).

Tính chấtvật lý

Những tính chất chung của các loại base bao gồm:

• Có cảm giác nhờn, hoặc có mùi và có cảm giác nhưxà phòngkhi cầm trêntay,vì sựxà phòng hoácủaLipidtrongdangười.
• Base nồng độ cao và base mạnh có tínhăn mònchất hữu cơvà tác dụng mạnh với các hợp chấtacid.
• Đổi màu các chấtchỉ thị:dung dịch base đổi màuquỳ tímthành màu xanh, dung dịchPhenolphthaleinkhông màu thành màu hồng, giữ nguyên màu xanh của bromothymol, và đổi màumethylcam thành màu vàng.
• ĐộpHcủa dung dịch base luôn lớn hơn 7.
• Base có vị đắng.
• Một sốkim loạiphản ứng vớinước:Natri,Caesi,Kali,Rubidi,Lithi,Franci:kim loại kiềmhóa trịI hoặcCalci,Stronti,Bari,Radi:kim loại kiềm thổhóa trịII (trừMagnesitan trong nước sôi,Berylikhông phản ứng),Amonia(NH₃) và cácamintạo thành các dung dịch base là NaOH, Ca(OH)₂,KOH, Ba(OH)₂,LiOH,...
• Base không tan: Fe(OH)₂,Fe(OH)₃,Cu(OH)₂,Zn(OH)₂,Al(OH)₃,Mg(OH)₂,Be(OH)₂và cácaminvòng thơmnhư C₆H₅NH₂,...
• Amonia,cácAnkylaminvàamincủa các hợp chất C_nH_2n-1,C_nH_2n-3dễbay hơi.

Công thức

- Nhómhydroxide(OH_-) cóhóa trịI: OH^-

- Công thức chung: M(OH)_n.Trong đó, n làhóa trịcủakim loạiM.

Các base thông dụng

Natri hydroxide

• Amonia(NH₃) và cácamin.
• Pyridinvà cácbase vòng thơmkhác.
• Cáchydroxidekim loạinhưhydroxide natri(NaOH) hayhydroxide kali(KOH).
• Nhiềuoxidekim loại tạo rahydroxidebase với nước (anhydride).

Phân loại base theo tính tan

Các base được chia làm hai (2)loại tùy vào tính tan của chúng.

• Base tan được trong nước gọi là kiềm: LiOH, KOH, Ba(OH)₂,Ca(OH)₂,NaOH...
• Base không tan: các hydroxide của nhiều kim loại (gồm Mg và các kim loại đứng sau Mg trongdãy hoạt động hóa học của kim loại):Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, Cu,... Riêng Mg(OH)₂tan được trong nước nóng hoặc đun sôi còn Be(OH)₂thì tan được trong kiềm

Base mạnh

Một base mạnh là một hợp chất hóa học base có thể loại bỏ mộtproton(H⁺) từ (hoặcdeprotonate) mộtphân tửthậm chí là một acid rất yếu (như nước) trong phản ứng acid-base. Các ví dụ phổ biến của các base mạnh bao gồm hydroxide củakim loại kiềmvà kim loại kiềm thổ, như NaOH vàCa(OH)
₂,tương ứng. Do độ hòa tan thấp, một số base, chẳng hạn như hydroxide kiềm kiềm, có thể được sử dụng khi không tính đến yếu tố hòa tan.Một ưu điểm của độ hòa tan thấp này là rằng "nhiều thuốc khángacidlà huyền phù của hydroxide kim loại nhưnhôm hydroxidevàmagiê hydroxide."Các hợp chất này có độ hòa tan thấp và có khả năng ngăn chặn sự gia tăng nồng độ của ion hydroxide, ngăn chặn tác hại của cácmôtrongmiệng,thực quảnvàdạ dày.Khi phản ứng tiếp tục vàmuốitan ra, acid dạ dày phản ứng với hydroxide được tạo ra bởi cáchuyền phù.Các base mạnh bị thủy phân trong nước gần như hoàn toàn, dẫn đến hiệu ứng san bằng. "Trong quá trình này, phân tử nước kết hợp với một base mạnh, do khả năng lưỡng tính của nước, và, một ion hydroxide được tái cho thuê.Các base rất mạnh thậm chí có thể khử các nhóm C C có tính acid rất yếu trong trường hợp không có nước. Dưới đây là danh sách một số base mạnh:

• Lithi hydroxide(LiOH)
• Natri hydroxide(NaOH)
• Kali hydroxide(KOH)
• Rubidi hydroxide(RbOH)
• Caesi hydroxide(CsOH)
• Calci hydroxide(Ca(OH)
  ₂)
• Stronti hydroxide(Sr(OH)
  ₂)
• Bari hydroxide(Ba(OH)
  ₂)
• Tetrametylamoni hydroxide
• Guanidine

Cáccationcủa các base mạnh này xuất hiện trong nhóm thứ nhất và thứ hai củabảng tuần hoàn(kim loại kiềmvàkiềm thổ). Tetraalkylated ammonium hydroxide cũng là những base mạnh vì chúng phân ly hoàn toàn trong nước. Guanidine là trường hợp đặc biệt của một loài đặc biệt ổn định khi bị proton hóa, tương tự như lý do tạo raacid perchloricvàacid sulfuricacid rất mạnh. Các acid có pK_ahơn 13 được coi là rất yếu và cơ sở liên hợp của chúng là các base mạnh.

Siêu base

Bài chi tiết:Siêu base

Các muối nhóm 1 củacarbanion,amitvàhydridecó xu hướng thậm chí là các base mạnh hơn do sự yếu kém của các acid liên hợp của chúng, đó làhydrocarbonổn định,aminvà dihydrogen. Thông thường, các base này được tạo ra bằng cách thêm các kim loại kiềm tinh khiết như natri vàoacid liên hợp.Chúng được gọi là cácsiêu base,và không thể giữ chúng trong dung dịch nước vì chúng là base mạnh hơn ion hydroxide. Như vậy, chúng khử nước liên hợp acid. Ví dụ, ion ethoxide (base liên hợp củaethanol) với sự có mặt của nước trải qua phản ứng này.

${\ce {CH3CH2O- +H2O -> CH3CH2OH+ + OH-}}$

Các ví dụ các siêu base:

• Ortho-diethynylbenzene dianion(C₆H₄(C₂)₂)²⁻(Đây là siêu base mạnh nhất từng được tổng hợp)
• Meta-diethynylbenzene dianion(C₆H₄(C₂)₂)²⁻(Đây là siêu base mạnh nhì, là một đồng phân của Ortho-diethynylbenzene dianion)
• Para-diethynylbenzene dianion(C₆H₄(C₂)₂)²⁻(Đây là siêu base mạnh thứ ba, nó cũng là mộtđồng phâncủa Ortho-diethynylbenzene dianion)
• Lithi monoxide anion(LiO⁻) (Đây là siêu base mạnh thứ tư)
• Butyl lithium(n-C₄H₉Li)
• Lithi diisopropylamide(LDA) [(CH₃)₂CH]₂NLi
• Lithi diethylamide(LDEA)(C
  ₂H
  ₅)
  ₂NLi
• Natri amide(NaNH₂)
• Natri hydride(NaH)
• Lithi bis(trimethylsilyl)amide[(CH
  ₃)
  ₃Si]
  ₂NLi

Tên gọi

Base được gọi tên theo trình tự:

Tên base: tên kim loại(kèm hóa trị nếu kim loại có nhiềuhóa trị)+ hydroxide

Ví dụ:

${\ce {NaOH}}$:natri hydroxide

${\ce {Ca(OH)2}}$:calci hydroxide

${\ce {Cu(OH)2}}$:đồng (II) hydroxide

${\ce {Fe(OH)3}}$_:sắt (III) hydroxide.

Base và độ pH

Độ pHcủa nước (không nguyên chất) được đo bởi độ acid của nó. Trong nước nguyên chất, khoảng 1/10 000 000 các phân tử phân ly thành các ion hydro (H⁺) hay hydroni (H₃O⁺) và các ion hydroxide (OH⁻), tuân theo phương trình sau:

${\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\leftrightarrow {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}$

Chính xác hơn thì là:

$2{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\rightarrow {\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}.$

Nồng độ (tính theomol/lít) của các ion được biểu diễn như là [H⁺] và [OH⁻]; tích của chúng làhằng sốđiện licủa nước và có giá trị 10⁻¹⁴mol²l⁻².Độ pH được định nghĩa như là −log [H⁺]; vì thế nước nguyên chất có pH bằng 7. (Các giá trị này đúng ở nhiệt độ 23°Cvà sai khác một chút ở các nhiệt độ khác.)

Base nhận (loại bỏ) các ionhydroni(H₃O⁺) từ dung dịch, hoặc là cung cấp các ion hydroxide (OH⁻) cho dung dịch. Cả hai hoạt động này đều làm giảm nồng độ của các ion hydro, và vì thế làm tăng pH. Ngược lại, một acid cung cấp thêm các ion H⁺cho dung dịch hay nhận các ion OH⁻,vì thế làm giảm pH.

Độ pH của dung dịch có thể tính toán được. Ví dụ, nếu 1molcủahydroxide natri(40g) được hòa tan trong 1lítnước, nồng độ của các ion hydroxide là [OH⁻] = 1 mol/l. Vì vậy [H⁺] = 10⁻¹⁴mol/l, và pH = −log 10⁻¹⁴= 14.

Tính chấthóa học

Tác dụng của dung dịch base (tan) với chất chỉ thị màu

Quỳ tímchuyển sang màu xanh.

Phenolphtaleinkhông màu chuyển sang màu hồng.

Tác dụng của base vớiacid

Base + Acid →Muối+ Nước

VD:

${\ce {NaOH + HCl -> NaCl + H2O}}$

${\ce {Cu(OH)2 + 2HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2H2O}}$

Phản ứng giữa base và acid được gọi là phản ứng trung hoà.

Tác dụng của base (tan) vớioxide acid

Kiềm (base tan) + Oxide acid → Muối + Nước

VD:

${\ce {2NaOH + SO3 -> Na2SO4 + H2O}}$

${\ce {Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O}}$

Tác dụng của base vớimuối

Kiềm (base tan) + Muối tan → Muối mới + Base mới

Điều kiện:Muối hoặc base mới tạo thành phải không tan (không phản ứng với các chất ban đầu).

VD:

${\ce {2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}}$

${\ce {Ba(OH)2 + Na2SO4 -> BaSO4 v + 2NaOH}}$

Nhiệt phânbase không tan ởnhiệt độcao

Base không tan → Oxide base + Nước

VD:

${\ce {Cu(OH)2 -> CuO + H2O}}$

${\ce {2Al(OH)3 -> Al2O3 + 3H2O}}$

Trung hòa acid

Khi hòa tan trong nước, NaOH phân ly thành các ion hydroxide vànatri:

${\mbox{NaOH}}\to {\mbox{Na}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}$

tương tự,acid clohiđríc(HCl) tạo ra các ion hydroni và chloride:

${\mbox{HCl}}\to {\mbox{H}}^{+}+{\mbox{Cl}}^{-}$

Khi hai dung dịch này được trộn với nhau, các ion H⁺và OH⁻tổ hợp với nhau tạo ra các phân tử nước:

${\mbox{H}}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}\to {\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}$

Nếu các lượng bằng nhau của NaOH và HCl (đo theomol,không phải tính theo gam) được hòa tan cùng nhau, base và acid trung hòa nhau một cách chính xác, giải phóng raNaCl(muối ăn) trong dung dịch.

Phản ứng giữa base và nước

Phản ứng sau đây biểu diễn phản ứng chung giữa một base (B) và nước để tạo ra mộtacidtương ứng (BH⁺) và một base tương ứng (OH^–):

${\ce {B + H2O <=> BH+ + OH-}}$

Hằng số phân ly, K_b,cho phản ứng này có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng phương trình tổng quát sau:

${\ce {K_{\mathrm {b} }=\mathrm {\frac {[BH+][OH-]}{[B]}} }}$

Trong phương trình này, base (B) và base cực mạnh (base có gốc OH−) cạnh tranh với nhau để chiếm proton.Kết quả là, các base phản ứng với nước có các giá trị hằng số phân ly tương đối nhỏ.Base yếu hơn khi nó có giá trị hằng số phân ly thấp hơn.

Tính kiềm của các phi-hydroxide

Cảnatri carbonatvàamoniađều là các base, mặc dù không có chất nào chứa nhóm OH⁻.Có điều này bởi vì cả hai hợp chất đều nhận các ion H⁺khi hòa tan trong nước:

${\mbox{Na}}_{2}{\mbox{CO}}_{3}+{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\to 2{\mbox{Na}}^{+}+{\mbox{HCO}}_{3}^{-}+{\mbox{OH}}^{-}$

và:

${\mbox{NH}}_{3}+{\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}\to {\mbox{NH}}_{4}^{+}+{\mbox{OH}}^{-}$

Xem thêm

• Cácthuyết phản ứng acid-base
• Kim loại kiềm

Tham khảo

Sách

• Zumdahl, Steven; DeCoste, Donald (2013). Chemical Principles (7th ed.). Mary Finch.

Liên kết ngoài

• Acid and BaseTheory of Acid and Base
• Base (chemical compound)tạiEncyclopædia Britannica(tiếng Anh)