ฐานที่แข็งแกร่งคืออะไร?

เบสแก่เป็นสารประกอบทางเคมีประเภททั่วไปที่มีประโยชน์มากทั้งในอุตสาหกรรมและในบ้าน ความสำคัญของมันอยู่ที่ปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญและแตกต่างกันจำนวนมากซึ่งสามารถจำแนกได้ว่าเป็นปฏิกิริยากรดเบส นอกจากนี้ ยังมีความสำคัญเนื่องจากปฏิกิริยาจำนวนมากที่กลไกการเกิดปฏิกิริยาเริ่มต้นขึ้นหรือเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยากรด-เบสในบางขั้นตอนของกระบวนการ ซึ่งเบสต้องเข้มข้นจึงจะทำปฏิกิริยากับกรดที่อ่อนมากได้

ต่อจากนี้ เราจะมาคุยกันว่ารากฐานคืออะไรและอะไรที่ทำให้รากฐานแข็งแกร่ง นอกจากนี้ เราจะดูตัวอย่างฐานที่แข็งแกร่งทั่วไป เช่นเดียวกับประเภทฐานที่แข็งแกร่งยิ่งกว่าที่เรียกว่าฐานซุปเปอร์

แนวคิดพื้นฐาน

ในวิชาเคมี มีสามทฤษฎีเกี่ยวกับปฏิกิริยา กรด-เบส ซึ่งแต่ละทฤษฎีให้นิยามเบสในลักษณะที่แตกต่างกัน:

• ทฤษฎีกรดเบสของ Arrhenius
• ทฤษฎีกรดเบสของเบรินสเตด-ลาวรี
• ทฤษฎีกรดเบสของลูอิส

ฐาน Arrhenius

ทฤษฎีที่เก่าแก่ที่สุดคือทฤษฎีของ Arrhenius ซึ่งเบสคือสสารใดๆ ที่สามารถปล่อยไฮดรอกไซด์ไอออนเมื่อแยกตัวออกจากสารละลายในน้ำ ในแง่นี้ แนวคิดของฐาน Arrhenius บอกเป็นนัยว่าฐานเพียงชนิดเดียวคือไอออนิกไฮดรอกไซด์ของโลหะและโลหะชนิดต่างๆ ซึ่งแตกตัวในน้ำตามสมการต่อไปนี้:

โดยที่ X แทนความจุของไอออนบวกของโลหะ แม้ว่าสารเคมีทั้งหมดที่เป็นไปตามปฏิกิริยาข้างต้นจะเป็นเบส แต่ก็ไม่ใช่ว่าสารทั้งหมดที่มีลักษณะเหมือนเบสจะมีไฮดรอกไซด์ไอออนเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้าง ดังนั้นแนวคิดของฐาน Arrhenius จึงไม่สมบูรณ์

ฐานเบรินสเตด–โลว์รี

Brønstedและ Lowry ได้พัฒนาทฤษฎีกรด-เบสที่เปลี่ยนวิธีที่เรามองปฏิกิริยาของกรด-เบส และโดยขยายออกไปถึงวิธีที่เรามองกรดและเบส ตามที่ผู้เขียนเหล่านี้ กรดและเบสไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ทำให้เกิดไฮดรอกไซด์ไอออนหรือโปรตอน ตามที่ Arrhenius ระบุ ในทางตรงกันข้าม เพื่อให้สารทำหน้าที่เป็นเบสได้ สารนั้นจำเป็นต้องทำปฏิกิริยากับกรด ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าปฏิกิริยากรด-เบส

แนวคิดของ Brønsted และ Lowry คือการนิยามกรดว่าเป็นสารที่สามารถให้โปรตอน (H ⁺ ไอออน ) และเบสเป็นสารที่สามารถรับโปรตอนได้ ด้วยวิธีนี้ เบสจะไม่ถูกบังคับให้ปล่อยไฮดรอกไซด์ไอออนโดยตรงอีกต่อไป แต่สามารถสร้างได้ในสารละลายที่เป็นน้ำโดยการเอาโปรตอนออกจากน้ำ ตามสมการต่อไปนี้:

แนวคิดนี้รวมถึงฐาน Arrhenius แบบดั้งเดิม เนื่องจากไอออนไฮดรอกไซด์จากฐาน Arrhenius สามารถกำจัดโปรตอนออกจากน้ำเพื่อสร้างไอออนไฮดรอกไซด์อื่นๆ นอกจากนี้ยังรวมถึงสารอื่นๆ เช่น แอมโมเนีย ซึ่งแม้จะไม่มี OH ไอออน^ในโครงสร้าง แต่ก็สามารถสร้างไอออนเหล่านี้ในสารละลายที่เป็นน้ำได้ผ่านปฏิกิริยาที่แสดงไว้ด้านบน

ฐานของลูอิส

ในที่สุด ลูอิสได้พัฒนาทฤษฎีพันธะเคมีที่ไม่เพียงแต่สอดคล้องกับแนวคิดของปฏิกิริยากรด-เบสที่เสนอโดยเบรินสเตดและโลว์รีเท่านั้น แต่ยังอธิบายถึงสิ่งเหล่านี้ด้วย จากข้อมูลของ Lewis เบสเป็นสารที่อุดมไปด้วยอิเล็กตรอนและมีอิเล็กตรอนอิสระอย่างน้อยหนึ่งคู่ที่สามารถบริจาคให้กับกรดเพื่อสร้างพันธะโคเวเลนต์แบบโคออร์ดิเนตหรือเชิงอนุพันธ์ ในทางกลับกัน กรดลิวอิสคือสารที่ขาดอิเล็กตรอนซึ่งสามารถรับอิเล็กตรอนคู่จากเบสได้

แนวคิดเกี่ยวกับกรดและเบสของลูอิสนั้นกว้างที่สุดและแม่นยำที่สุดในบรรดาทั้งหมด เนื่องจากนอกจากจะนำไปใช้กับปฏิกิริยากรด-เบสในเฟสที่เป็นน้ำแล้ว (ซึ่งเป็นจุดที่ความเป็นกรดและเบสพบการใช้งานครั้งแรก) นอกจากนี้ยังช่วยให้เราเข้าใจพฤติกรรมของกรดและเบสในตัวกลางอื่น ๆ และตัวทำละลายต่าง ๆ

ต้องขอบคุณข้อเท็จจริงนี้อย่างแม่นยำ จึงเป็นไปได้ที่จะระบุลักษณะและกำหนดกลุ่มของฐานที่แข็งแกร่งกว่าฐานที่เราพิจารณาโดยทั่วไปว่าเป็นฐานที่แข็งแกร่ง ดังนั้น จึงเรียกว่าซุปเปอร์เบส

ฐานที่แข็งแกร่งคืออะไร?

ฐานที่แข็งแกร่งคือฐาน Arrhenius ที่แยกตัวออกจากสารละลายที่เป็นน้ำอย่างสมบูรณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เบสแก่คือไฮดรอกไซด์เหล่านั้นที่เป็น อิเล็ก โทรไลต์ ที่แก่ และเมื่อละลายในน้ำ จะแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ จึงสร้างไฮดรอกไซด์ไอออน (OH ^– ) และไอออนบวกของโลหะในปริมาณสูงสุดที่เป็นไปได้

เราสามารถมองว่าการแตกตัวเป็นไอออนของเบสแก่เป็นปฏิกิริยาการแยกตัวที่เกิดขึ้นในทิศทางเดียวเท่านั้น โดยที่เบสที่ละลายได้ทั้งหมดจะผ่านเข้าสู่สถานะที่เป็นน้ำในรูปของไอออน:

สิ่งนี้แยกแยะเบสแก่ออกจากเบสอ่อน ซึ่งเป็นของแข็งที่ละลายน้ำได้เล็กน้อยที่อิ่มตัวอย่างรวดเร็ว สร้างสมดุลของการละลายดังต่อไปนี้:

หรือเป็นสารประกอบที่เมื่อละลายแล้ว จะมีเพียงส่วนหนึ่งของโมเลกุลที่แยกตัวออกจากกัน เนื่องจากการสร้างสมดุลที่เป็นเนื้อเดียวกัน เช่น หนึ่งในสิ่งต่อไปนี้:

แนวคิดฐานที่แข็งแกร่งใช้กับพฤติกรรมของฐานในสารละลายที่เป็นน้ำเป็นหลัก และมักจะจำกัดเฉพาะฐาน Arrhenius บางส่วนเท่านั้น

ปัจจัยที่กำหนดว่าฐานแข็งแกร่งหรืออ่อนแอ

ลักษณะพื้นฐานของสารถูกกำหนดโดยปัจจัยหลายประการ ในกรณีของไฮดรอกไซด์ ความเป็นพื้นฐานเกี่ยวข้องโดยตรงกับความสามารถในการละลาย ซึ่งขึ้นอยู่กับไอออนที่ประกอบขึ้นเป็นไอออน ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของไอออนบวกไฮดรอกไซด์ยิ่งต่ำ ลักษณะไอออนของพันธะกับหมู่ไฮดรอกไซด์ก็จะยิ่งมากขึ้น ซึ่งช่วยให้ไอออไนเซชันง่ายขึ้น

เมื่อพิจารณาว่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นสมบัติเชิงคาบที่ลดลงไปทางซ้ายตลอดช่วงหนึ่งและลดลงตลอดกลุ่ม เมื่อเปรียบเทียบความเป็นพื้นฐานของไฮดรอกไซด์ของโลหะ ยิ่งไปทางซ้ายและลงล่างของโลหะ ไฮดรอกไซด์จะเป็นพื้นฐานมากขึ้น

ในกรณีของเบสที่สามารถละลายในน้ำได้โดยไม่แตกตัว (ความสามารถในการละลายของโมเลกุล) ความเป็นเบสจะถูกกำหนดโดยความสมดุลระหว่างความเสถียรของเบสดั้งเดิมเมื่อเทียบกับความเสถียรของกรดคอนจูเกต และจากความสามารถในการละลายน้ำ เพื่อละลายสารเคมีชนิดใดชนิดหนึ่ง

ตัวอย่างของฐานที่แข็งแกร่งทั่วไป

ข้อมูลในส่วนที่แล้วทำให้เรามีเงื่อนงำที่ชัดเจนในการระบุตัวป้องกันจุดแข็ง อันที่จริงแล้ว เบสแก่ที่พบบ่อยที่สุดคือไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไล (กลุ่มที่ 1 ของตารางธาตุ) และไฮดรอกไซด์บางส่วนของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท (กลุ่มที่ 2) เนื่องจากโลหะเหล่านี้มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุดในตารางธาตุ รายการที่สมบูรณ์ของฐานที่แข็งแกร่งที่สุดแสดงอยู่ในตารางต่อไปนี้:

ควรสังเกตว่าไฮดรอกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธสามชนิด (แคลเซียม สตรอนเทียม และแบเรียม) ละลายในน้ำได้ไม่ดี ดังนั้นจึงถือว่าเป็นเบสแก่ได้ก็ต่อเมื่อความเข้มข้นต่ำกว่าความสามารถในการละลาย ซึ่งหมายถึงสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า 0.01 โมลาร์ .

ซุปเปอร์เบส

เมื่อละลายเบสแก่ต่างๆ ในน้ำ จะไม่สามารถแยกได้ว่าเบสใดแรงกว่ากัน ด้วยเหตุนี้จึงจัดว่าทั้งหมดเป็นฐานที่แข็งแกร่ง และเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ จึงเป็นที่ยอมรับกันว่าทั้งหมดมีความแข็งแกร่งเท่ากัน ทั้งนี้เนื่องจากน้ำมีผลต่อการปรับระดับเบสแก่ (และต่อกรดด้วย) เนื่องจากเบสแก่ที่แตกตัวในน้ำจะทำปฏิกิริยากับน้ำทันที ดึงโปรตอนออกและสร้างไฮดรอกไซด์ไอออน

ด้วยเหตุนี้ ไฮดรอกไซด์ไอออนจึงเป็นเบสที่แข็งแกร่งที่สุดที่สามารถมีอยู่ในตัวกลางที่เป็นน้ำได้ โดยไม่คำนึงว่าเบสที่สร้างขึ้นมานั้นจะมีความแข็งแรงเพียงใด มันเหมือนกับต้องการเปรียบเทียบความแข็งแกร่งของนักสู้สองคนโดยพิจารณาจากความสามารถในการเอาชนะทารกที่ไม่มีที่พึ่ง เห็นได้ชัดว่าทั้งคู่จะชนะการต่อสู้อย่างง่ายดายและทารกจะไม่อนุญาตให้แยกแยะว่าใครแข็งแกร่งที่สุด

อย่างไรก็ตาม แนวคิดของลิวอิสเกี่ยวกับกรดและเบสได้ขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปฏิกิริยาของกรด-เบสไปสู่ตัวกลางและตัวทำละลายอื่นๆ

พื้นฐานในสื่อที่ไม่ใช่น้ำ

หากเราต้องการเปรียบเทียบความเป็นเบสิกของเบสที่แรงมาก เราจำเป็นต้องละลายเบสเหล่านั้นในสื่ออื่นที่ไม่ใช่น้ำ ย้อนกลับไปที่ตัวอย่างก่อนหน้า สิ่งนี้เทียบเท่ากับการบอกว่าหากเราต้องการตัดสินว่านักสู้คนไหนแข็งแกร่งกว่า เราจะต้องเผชิญหน้ากับนักสู้ที่แข็งแกร่งพอ ๆ กันหรือแข็งแกร่งกว่ากัน

ในแง่นี้ เราสามารถละลายกรดและเบสในตัวทำละลายอื่นๆ ซึ่งเช่นเดียวกับน้ำ สามารถทำหน้าที่เป็นกรดเมื่อทำปฏิกิริยากับเบส จึงสร้างคอนจูเกตเบสที่แรงกว่า OH ซึ่งสร้างขึ้นในสารละลายที่เป็น^น้ำ ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ แนวคิดของกรดและเบสของ Arrhenius สูญเสียความหมายไปโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ หากเราพิจารณาตัวทำละลาย aprotic (ซึ่งไม่สามารถบริจาคหรือรับโปรตอนได้) แนวคิดของกรด-เบสของBrønstedและ Lowry ก็ไม่สอดคล้องเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ในทุกกรณี แนวคิดของลิวอิสเกี่ยวกับกรดและเบสยังคงนำไปใช้ได้

เมื่อเราทดสอบความเป็นเบสิกของสารเคมีหลายชนิดในตัวทำละลายอื่นๆ ที่ไม่ใช่น้ำ เราพบว่าในบรรดาสิ่งที่เรามักคิดว่าเป็นเบสแก่นั้น บางชนิดมีพื้นฐานมากกว่าสารอื่นๆ มาก ไฮดรอกไซด์ที่เป็นเบสจำกัดอยู่ที่ความเป็นเบสิกของไฮดรอกไซด์ไอออน อย่างไรก็ตาม เบสอื่นๆ ไม่มีข้อจำกัดนี้และกลายเป็นลำดับความสำคัญที่แรงกว่าไฮดรอกไซด์

เบสเหล่านี้เรียกว่าซุปเปอร์เบส

ตัวอย่างของ Superbases

ซุปเปอร์เบสส่วนใหญ่สอดคล้องกับคอนจูเกตเบสของสารที่เราพิจารณาว่าเป็นเบสที่เป็นกลางหรือแม้กระทั่งเบสที่อ่อนแอ โปรดจำไว้ว่าคอนจูเกตเบสคือสิ่งที่คุณได้รับเมื่อกรดสูญเสียโปรตอน ดังนั้น คอนจูเกตเบสของเบสอ่อนคือสิ่งที่คุณได้รับเมื่อเบส (เช่น แอมโมเนียหรือ NH 3 ) ทำปฏิกิริยาเป็นกรดแทนที่จะเป็นกรด_เป็น a พื้นฐานดังสมการต่อไปนี้

เป็นที่คาดหมายว่าสารที่เป็นกลางซึ่งโดยตัวมันเองมีแนวโน้มที่จะทำตัวเหมือนเบสแทบจะไม่ทำตัวเหมือนกรด ดังนั้นคอนจูเกตเบส (ในตัวอย่างข้างต้น อะมิไดด์ไอออนหรือ NH 2 – ) จะแข็งแกร่ง_มาก^ฐาน . แข็งแรง.

ตัวอย่างอื่นๆ ของ superbases ได้แก่:

• เกลือของอัลคอกไซด์ไอออน (คอนจูเกตเบสของแอลกอฮอล์) เช่น โซเดียมหรือโพแทสเซียมเมทอกไซด์ เอทอกไซด์ โพรพอกไซด์ และเทอร์ทบิวทอกไซด์
• เกลือของคอนจูเกตเบสของแอลเคนที่มีคาร์บาเนียน เช่น n-บิวทิลลิเธียม
• เอไมด์และคอนจูเกตเบสอื่นๆ ของเอมีน เช่น โซเดียมเอไมด์ โพแทสเซียมไดเอทิลเอไมด์ และลิเธียมบิส(ไตรเมทิลไซลิล) เอไมด์

อ้างอิง

ช้าง ร. (2563). เคมี ( ^ฉบับ ที่ 13 .). McGraw-Hill Interamericana

ความแตกต่าง (2563, 21 ตุลาคม). ความแตกต่างระหว่างกรดและเบสแก่และอ่อน (พร้อมตัวอย่าง ) https://www.diferenciador.com/acidos-y-bases-fuertes-y-debiles/

คู่มือเคมี (2553, 4 ตุลาคม). ฐานที่แข็งแกร่ง . https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/base-fuerte

Mott, V. (น.). ฐานที่แข็งแกร่ง | เคมีเบื้องต้น . การเรียนรู้ลูเมน https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/strong-bases/

เคมี.ศ. (น). strong_base . https://www.quimica.es/enciclopedia/Base_fuerte.html

เคมี.NET. (น). ตัวอย่างของฐานที่แข็งแกร่ง https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-base-fuerte.html

วิทย์โชว์. (2017, 2 กุมภาพันธ์). ฐานที่ แข็งแกร่งที่สุดในโลก ยูทูบ. https://www.youtube.com/watch?v=GrPQv6QEI8Y