
Основания
Основание — это химическое соединение, способное образовывать ковалентную связь с протоном (основание Брёнстеда ) либо с вакантной орбиталью другого химического соединения (основание Льюиса )[1]. В узком смысле под основаниями понимают осно́вные гидроксиды — сложные вещества, при диссоциации которых в водных растворах отщепляется только один вид анионов — гидроксид-ионы OH-[2].
История
Понятие основания сформировалось в XVII веке и было впервые введено в химию французским химиком Гийомом Франсуа Руэлем в 1754 году. Он отметил, что кислоты, известные в те времена как летучие жидкости (например, уксусная илисоляная кислоты), превращаются в кристаллические соли только в сочетании с конкретными веществами. Руэль предположил, что эти вещества служат «основаниями» для образования солей в твёрдой форме[3].
Единая теория кислот и оснований была впервые представлена шведским физикохимиком С. Аррениусом в 1887 году. В рамках своей теории Аррениус определял кислоту как вещество, при диссоциации которого образуются протоны H+, а основание — как вещество, дающее при диссоциации гидроксид-ионы OH-[4]. Теория Аррениуса, однако имела свои недостатки, например, она не учитывала влияние растворителя на кислотно-основное равновесие, а также была неприменима к неводным растворам[5].
В 1924 году Э. Франклином была создана сольвентная теория, согласно которой основание определялось как соединение, которое при диссоциации увеличивает число тех же анионов, которые образуются при диссоциации растворителя[4].
Основание в теории Брёнстеда — Лоури
В протонной теории кислот и оснований, выдвинутой в 1923 г. независимо датским учёным Й. Брёнстедом и английским учёным Т. Лоури, основанием Брёнстеда называется соединение или ион, способный принимать (отщеплять) протон от кислоты[6]. Соответственно, кислота Брёнстеда является донором протонов, а взаимодействие кислоты с основанием сводится к передаче протона. При реакции основания Брёнстеда B с кислотой, например, с водой, основание превращается в сопряжённую кислоту BH+, а кислота становится сопряжённым основанием
Основание в теории Льюиса
Согласно электронной теории, предложенной в 1923 году американским физикохимиком Г. Льюисом, основание — это вещество, способное отдавать электронную пару на образование связи с кислотой Льюиса[7]. Основаниями Льюиса могут быть амины R3N, спирты ROH, простые эфиры ROR, тиолы RSH, тиоэфиры RSR, анионы, соединения с π-связями[8]. В зависимости от орбитали, на которой расположена участвующая в реакции пара электронов, основания Льюиса подразделяют на n-, σ- и π-типы — электронные пары для этих типов расположены соответственно на несвязывающих, σ- и π-орбиталях[4].
Понятия основания в теориях Льюиса и Брёнстеда — Лоури совпадают: согласно обеим теориям основания отдают пару электронов на образование связи. Разница заключается лишь в том, куда расходуется эта электронная пара. Основания Брёнстеда за её счёт образуют связь с протоном, а основания Льюиса — с любыми частицами, имеющими вакантную орбиталь. Таким образом, существенные различия этих теорий касаются понятия кислоты, а не основания[8][4].
Классификация
1.По числу гидроксидных групп в молекуле
· Однокислотные, молекулы которых содержат одну гидроксидную группу
· Двухкислотные, молекулы которых содержат две гидроксидные группы
· Трехкислотные, молекулы которых содержат три гидроксидые группы
2. По растворимости в воде
· Растворимые
· Нерастворимые
Физические свойства
Все неорганические основания– твердые вещества(кроме гидроксида аммония). Основания имеют разный цвет: гидроксид калия—белого цвета, гидроксид меди—голубого, гидроксид железа—красно-бурого.
Химические свойства
1. Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов.
2. Взаимодействуют · с кислотами Основание + Кислота = Соль + H2O
KOH + HCl = KCl + H2O
· с кислотными оксидами Щелочь + Кислотный оксид = Соль + H2O
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
· с растворами Раствор щелочи + Раствор соли = Новое основание + Новая соль
2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 + Na2SO4
· с амфотерными металлами Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2
3. Нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются на основной оксид и воду
Нерастворимое основание = Основной оксид + H2O
Cu(OH)2 = CuO + H2O