베이스(화학)

Base (chemistry)
기타 용도는 기준(동음이의)을 참조하십시오.
비누는 지방산과 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 반응에 의해 형성되는 약한 염기이다.
산과 염기
Diagrammatic representation of the dissociation of acetic acid in aqueous solution to acetate and hydronium ions.
산 타입
베이스 타입

화학에서, 아레니우스 염기, 브뢴스테드 염기, 루이스 염기라고 알려진 단어 염기에는 세 가지 정의가 있다.모든 정의는 염기가 원래 G.-F.에 의해 제안된 바와 같이 산과 반응하는 물질이라는 것에 동의한다. 18세기 중반의 루엘.

1884년 스반테 아레니우스는 염기가 수용액에서 해리되어 수산화 이온− OH를 형성하는 물질이라고 제안했다.이 이온들은 산의 해리에서 수소 이온(Arrhenius에 따르면 H)과+ 반응하여 산-염기 반응으로 물을 형성할 수 있다.따라서 염기는 NaOH 또는 Ca(OH)2와 같은 금속 수산화물이었다.이러한 수산화물 수용액은 또한 특정한 특성으로 설명되었다.만지면 미끄럽고 쓴맛이[1] 날 수 있으며 pH 표시기의 색상(예: 빨간색 리트머스 종이가 파란색으로 변함)을 바꿀 수 있습니다.

물 중 염기는 자기이온 평형을 변화시킴으로써 수소이온 활성도가 순수보다 낮은 용액, 즉 물의 pH가 7.0보다 높은 용액을 생성한다.수용성 염기는 OH 이온을 정량적으로 포함하고 방출하는− 것을 알칼리라고 한다.금속산화물, 수산화물, 특히 알콕시드가 염기성이고, 약산의 복합염기가 약염기이다.

염기와 산은 산의 효과가 물의 하이드로늄(HO3+) 농도를 증가시키는 반면 염기는 이 농도를 감소시키기 때문에 화학적 대척점으로 보입니다.산과 염기의 수용액 사이의 반응을 중성화라고 하며, 소금이 성분 이온으로 분리되는 물과 소금 용액을 생성한다.수용액에 소정의 소금 용질이 포화되면 그러한 염분이 용액 밖으로 침전된다.

보다 일반적인 Brönsted -Lowry acid-base 이론(1923년), 염기는 수소 양이온(H+)을 수용할 수 있는 물질이며, 그 외에는 양성자로 알려져 있다.OH가 H와+ 반응하여 물을 형성하므로, Arrhenius 염기는 Brönsted 염기의 서브셋이 되기 때문에 여기에는− 수산화수소가 포함된다.그러나 암모니아 수용액(NH3) 또는 암모니아 유기 유도체(아민)[2]와 같이 양성자를 수용하는 다른 브뢴스테드 염기도 있다.이러한 염기는 수산화 이온을 포함하지 않지만 물과 반응하여 수산화 이온 [3]농도를 증가시킨다.또한 일부 비수성 용제는 용해된 양성자와 반응하는 Brönsted 염기를 포함한다.예를 들어 액체 암모니아에서 NH는2− 이 용제의 산성종인 NH로부터4+ 양성자를 받아들이는 기본 이온종이다.

G. N. Lewis는 물, 암모니아, 그리고 다른 염기들이 가지고 [3]있는 공유되지 않은 전자 쌍 때문에 양성자와 결합을 형성할 수 있다는 것을 깨달았다.루이스 이론에서 염기는 루이스산으로 [4]묘사되는 전자수용체와 전자쌍을 공유할 수 있는 전자쌍 공여체이다.루이스산은 반드시 양성자는 아니지만 전자쌍을 수용할 수 있는 낮은 궤도가 비어 있는 또 다른 분자(또는 이온)일 수 있기 때문에 루이스 이론은 브뢴스테드 모델보다 더 일반적이다.주목할 만한 예로는 삼불화붕소(BF3)가 있습니다.

염기와 산의 다른 정의는 과거에 제안되었지만 오늘날에는 일반적으로 사용되지 않는다.

특성.

베이스의 일반적인 속성은 다음과 같습니다.

  • 농축염기 또는 강한 염기는 유기물에 부식성이 있으며 산성물질과 격렬하게 반응한다.
  • 수용액 또는 용융 염기는 이온에서 분해되어 전기를 전도한다.
  • 지표와의 반응: 베이스는 빨간색 리트머스 종이로 파란색, 페놀프탈레인은 분홍색, 브로모티몰은 파란색의 자연스러운 색상으로 파란색을 유지하고 메틸은 주황색으로 변합니다.
  • 표준조건에서 기본용액의 pH는 7보다 크다.
  • 베이스가 쓰다.[5]

염기와 물의 반응

다음 반응은 결합산(BH)+과 결합염기(OH)[3]를− 생성하기 위한 염기(B)와 물의 일반적인 반응을 나타낸다.

B(aq) + HO2(l) bh+(aq) BH + OH−(aq)

이 반응에 대한 평형 상수 K는b 다음과 같은 일반 [3]방정식을 사용하여 구할 수 있다.

Kb = [BH][+오−]/[B]

이 방정식에서 염기(B)와 매우 강한 염기(공역 염기− OH)는 양성자를 [6]얻기 위해 경쟁합니다.그 결과 물과 반응하는 염기는 비교적 작은 평형 상수 [6]값을 가진다.베이스는 평형 상수 [3]값이 낮을 때 더 약합니다.

산의 중화

수산화암모늄(시험관 내)과 염산(비커 내)이 반응하여 염화암모늄(흰 연기)을 생성하는 암모늄(시험관 내)의 암모니아 가스.

염기는 물과 [7]알코올 모두에서 서로를 빠른 속도로 중화시키기 위해 산과 반응합니다.물에 녹으면 강한 염기성 수산화나트륨이 수산화나트륨과 나트륨 이온으로 이온화됩니다.

NaOH → Na+
 + OH−

마찬가지로 물에서는 산성 염화수소가 하이드로늄과 염화물 이온을 형성한다.

HCl + HO
2 → HO
3+
 + Cl−

두 용액이 혼합되면 HO와−
OH 이온이 결합하여
3+
물 분자를 형성합니다.

HO
3+
−
 + OH → 2
2 HO

동일한 양의 NaOH와 HCl이 용해되면 염기와 산이 정확히 중화되어 NaCl, 즉 식탁용 소금만 용액에 남는다.

베이킹 소다나 달걀 흰자 같은 약한 염기는 산 유출을 중화시키기 위해 사용되어야 한다.수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 강한 염기로 산을 흘리면 격렬한 발열 반응을 일으킬 수 있으며, 염기 자체는 원래의 산 유출과 같은 피해를 일으킬 수 있다.

비수산화물의 알칼리성

염기는 일반적으로 산의 양을 중화시킬 수 있는 화합물이다.탄산나트륨과 암모니아는 모두 염기이지만, 이 물질들은 모두 OH기를 포함하지−
않습니다.두 화합물 모두 물과 같은 프로톤 용제에 용해될 경우 H를 수용합니다+.

NaCO23 + HO2 → 2+ Na + HCO3− + OH−
NH3 + HO2 → NH4+ + OH−

이로부터 염기의 수용액에 대한 pH, 즉 산도를 계산할 수 있다.염기는 또한 직접 전자 쌍 기증자 역할을 합니다.

CO32− + H+ → HCO3−
NH3 + H+ → NH4+

염기는 또한 하나의 전자쌍을 [7]소유함으로써 다른 원자의 원자가 껍질에 들어가 전자쌍 결합을 받아들이는 능력을 가진 분자로 정의된다.기본적인 [7]성질을 가진 분자를 제공할 수 있는 능력을 가진 원자를 가진 원소의 수는 제한되어 있다.탄소는 질소와 산소뿐만 아니라 염기로도 작용할 수 있다.불소와 때로는 희소가스도 이러한 능력을 가지고 있다.[7]이것은 일반적으로 부틸 리튬, 알콕시드 및 나트륨 아미드 같은 금속 아미드와 같은 화합물에서 발생합니다.탄소, 질소와 산소의 공명 안정화 없이 된 채로 보통이거나 혹은 superbases, 물의 산성도 때문에 물 해결책에는 존재하지 않을 수 있다공명 안정화 그러나. 예를 들어, 초산 나트륨은 약한 기지 carboxylates 같은 약한 기지 가능하게 한다.

견고한 기반

는 acid–base 반응에 심지어 아주 약한 산성(물과 같은)의 분자(또는 deprotonate)에서 양성자(H+)을 제거할 수 있는 강력한 기반은 기본적인 화합물이다.강력한 기반의 흔한 예로 알칼리 금속과 알칼리성 지구 금속의 NaOH과 Ca(OH)2, 각각 같은 hydroxides을 포함한다.때 가용성성을 요소를 고려하지 않다 자신들의 낮은 용해도 때문에, 알칼리 토류 hydroxides 같은 일부 기지, 사용할 수 있다.[8]이 낮은 용해도의 한가지 장점 수산화 알루미늄과 수산화 마그네슘 등 금속 hydroxides의 " 많은 antacids다 정학도 있다."[9]이 화합물과, 입, 식도, 위의 신경 조직의 해로움을 방지하여 능력이 수산화 이온의 농도의 증가를 막아야 한다고 낮은 용해도 가지고 있다.[9]는 수산화 등에 의해 생산된으로 우측 반응 있고, 소금을 용해되고 있으며, 위산이 반응한다.[9]강한 기지 물에 거의 완전히 수평 유지 효과의 결과 hydrolyze."[7]이 과정에서, 물 분자는 튼튼한 기초, 물의 양쪽성 능력을 개점하고 있고, 수산화 이온 방출된다 결합한 것이다.[7]매우 강력한 기반도 물의 부재에 매우 약한 산성 C–H 그룹 deprotonate 수 있다.여기 여러번의 강한 기지의 목록을 있다.

수산화리튬 LiOH
수산화나트륨 NaOH
수산화칼륨 KOH
수산화 루비듐 RbOH
수산화 세슘 CsOH
수산화마그네슘 Mg(OH)
2
수산화칼슘 Ca(OH)
2
수산화 스트론튬 Sr(OH)
2
수산화바륨 Ba(OH)
2
수산화테트라메틸암모늄 N(CH
3)
4OH
구아니딘 HNC(NH
2)
2

이러한 강한 염기의 양이온은 주기율표의 첫 번째와 두 번째 그룹(알칼리 및 지구 알칼리 금속)에 나타납니다.테트라알킬화 암모늄 하이드록시드는 물에서 완전히 분해되기 때문에 강력한 염기이기도 하다.구아니딘은 과염소산과 황산을 매우 강하게 만드는 이유와 유사하게 양성자화 시 매우 안정적인 종의 특별한 경우이다.

pa K가 약 13 이상인 산은 매우 약한 것으로 간주되며, 이들의 켤레 염기는 강한 염기이다.

슈퍼파아제

주요 기사:슈퍼베이스

카르바니온, 아미드 및 하이드라이드의 그룹 1 염기는 안정적인 탄화수소, 아민 및 이수소인 결합산의 극도로 약하기 때문에 훨씬 더 강한 염기인 경향이 있습니다.보통 이러한 염기는 나트륨과 같은 순수한 알칼리 금속을 복합산에 첨가하여 만들어진다.그것들은 슈퍼파아제라고 불리며, 수산화 이온보다 더 강한 염기이기 때문에 수용액에 보관하는 것은 불가능하다.그래서 그들은 물의 결합산인 하이드로늄 이온을 탈양성자화한다.예를 들어 에톡시드 이온(에탄올의 복합염기)은 물의 존재 하에서 이러한 반응을 일으킨다.

CHCHO
3
2−
 + HO
2 → CHCHOH
3
2 + OH−

일반적인 슈퍼베이스의 예는 다음과 같습니다.

가장 강력한 슈퍼베이스는 기체상에서만 합성됩니다.

약한 베이스

주요 기사: 취약 기반

약한 염기는 수용액에서 완전히 이온화되지 않거나 양성자화가 불완전한 염기를 말한다.예를 들어, 암모니아는 다음[10] 방정식에 따라 양성자를 물로 옮긴다.

25 °C에서 이 반응에 대한 평형 상수는 1.8 x−5 [11]10이므로 반응의 정도나 이온화 정도는 매우 작다.

루이스 베이스

루이스 염기 또는 전자쌍 공여체는 하나 이상의 고에너지 외톨이 전자쌍을 가진 분자로, 부가물을 형성하기 위해 수용체 분자의 저에너지 공궤도와 공유할 수 있다.가능한 전자쌍수용체(루이스산)는 H 외에+ BF3 등의 중성분자와 Ag, Fe3+, Mn7+ 등의2+ 고산화 상태의 금속이온을 포함한다.금속이온을 포함한 부가물은 보통 [12]배위착체로 기술된다.

루이스의 원제식에 따르면 중성염기가 중성산과 결합할 때 전기적 응력 상태가 발생한다.[7]산과 염기는 이전에 [7]염기에 속했던 전자 쌍을 공유합니다.그 결과,[7] 고쌍극자 모멘트가 생성되어 분자의 재배열을 통해서만 0이 된다.

견고한 베이스

솔리드 베이스의 예는 다음과 같습니다.

  • 산화물 혼합물: SiO2, AlO23, MgO, SiO2, CaO, SiO2[13]
  • 마운트 베이스: 실리카의 LiCO3, 알루미나의3 NR, NH3, KNH2, 알루미나의[13] 실리카의 NaOH, KOH
  • 무기화학물질 : BaO, KnaCO3, BeO, MgO, CaO, KCN[13]
  • 음이온 교환 수지[13]
  • 900℃에서 처리되었거나 NO, NH3, ZnCl-NHCl-CO와242[13] 함께 활성화된2 숯

전기중성산을 흡수함으로써 공역기제를 형성하는 고체표면의 능력에 따라 표면의 기본강도가 결정된다.[14]"고체의 단위 표면적당 기본 부위의 수"는 고체 기반 [14]촉매에서 발견되는 기본 강도를 나타내는 데 사용됩니다.과학자들은 기초 부위의 양을 측정하는 두 가지 방법을 개발했다. 하나는 지표를 이용한 벤조산과의 적정과 가스산 [14]흡착이다.충분한 기본 강도를 가진 고체는 전기적으로 중성적인 산성 표시기를 흡수하여 산성 표시기의 색이 켤레 [14]베이스의 색으로 변하게 합니다.기체산 흡착법을 실시할 때는 산화질소를 사용한다.[14]그런 다음 [14]흡수되는 이산화탄소의 양을 계산하여 기본 장소를 결정한다.

촉매로서의 베이스

화학반응을 위한 불용성 이종 촉매로서 염기성 물질을 사용할 수 있다.예를 들어 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화바륨 등의 금속산화물과 알루미나와 일부 제올라이트의 불화칼륨 등이 있습니다.많은 전이 금속이 좋은 촉매가 되고, 그들 중 다수는 기초 물질을 형성합니다.기본 촉매는 Meerwein-Ponndorf-Verley 환원, Michael 반응 및 기타 많은 부분에서 수소화, 이중 결합 이동에 사용됩니다.고온으로 가열하면 CaO와 [14]BaO 모두 활성 촉매가 될 수 있습니다.

베이스의 용도

  • 수산화나트륨은 비누, 종이 및 합성섬유 레이온의 제조에 사용된다.
  • 표백분말 제조에는 수산화칼슘(소석회)이 사용된다.
  • 수산화칼슘은 발전소나 공장에서 발견되는 [9]배기가스에 의해 발생하는 이산화황의 정화에도 사용된다.
  • 수산화마그네슘은 위 속의 과잉산을 중화시키고 소화불량을 치료하기 위한 제산제로 사용된다.
  • 탄산나트륨은 세척용 소다나 경수를 부드럽게 하기 위해 사용된다.
  • 중탄산나트륨(또는 탄산수소나트륨)은 조리용 식품, 베이킹 파우더 제조용 소다, 소화불량 치료용 제산제 및 소다산 소화기에 사용된다.
  • 수산화암모늄은 옷에 묻은 기름때를 제거하는 데 사용된다.

단프로틱 염기 및 다프로틱 염기

식 단위당 이온화 수산화물(OH-) 이온이 하나만 있는 염기는 양성자(H+) 하나를 받아들일 수 있기 때문에 단프로토닉이라고 불립니다.조제식 단위당 두 개 이상의 OH- 염기가 있는 염기는 [15]폴리프로틱이다.

염기의 한 조제식 단위에 존재하는 이온화 수산화물(OH-) 이온의 수를 [16][17]염기의 산도라고도 합니다.산도를 기준으로 모노산, 디아산, 트리아산 세 가지로 분류할 수 있다.

모노산염기

수산화나트륨

완전 이온화를 통해 염기 분자 1개가 수산화 이온 1개를 생성하면, 그 염기는 모노산염기 또는 모노프로틱염기라고 한다.모노산염기의 예는 다음과 같습니다.

수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화은, 수산화암모늄 등

제산염기

완전 이온화를 통해 염기 분자 하나가 두 개의 수산화 이온을 생성하면 염기는 제산성 또는 이원성이라고 한다.제산염기의 예는 다음과 같습니다.

수산화바륨

수산화바륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화아연, 철(II 수산화주석(II) 수산화납(II 수산화구리(2) 수산화물 등

삼산염기

완전 이온화를 통해 염기의 분자 1개가 수산화 이온 3개를 생성하면 염기는 삼산성 또는 삼단백질이라고 한다.삼산염기의 예는 다음과 같습니다.

수산화알루미늄, 수산화철, 삼수산화금,[17]

어원

베이스의 개념은 "매트릭스"의 오래된 연금화학적 개념에서 유래한다.

"염기"라는 용어는 프랑스의 화학자 루이 레메리에 의해 1717년에 오래된 파라셀식 용어 "매트릭스"의 동의어로 처음 사용된 것으로 보인다.16세기 애니미즘에 따라 파라셀수스는 자연발생적인 소금이 지구 내에서 자라는 것은 지구상의 기질이나 자궁을 함침시킨 보편적인 산이나 정리의 결과라고 가정했다.그러나 화학 어휘에 대한 현대적 의미와 일반적인 소개는 보통 프랑스의 화학자인 기욤 프랑수아 루엘에 기인한다.1754년 Rouelle은 중성소금을 수용성 알칼리, 휘발성 알칼리, 흡수성 흙, 금속 또는 기름과 결합하여 형성한 제품으로 "콘크리트 또는 고체 형태를 제공함으로써" 소금의 "염기" 역할을 할 수 있다고 명시적으로 정의했다.18세기에 알려진 대부분의 산은 증류할 수 있는 휘발성 액체 또는 "정령"이었던 반면, 소금은 본질적으로 결정성 고체였다.따라서 산의 휘발성 또는 정신을 파괴하고 생성된 소금에 고체의 특성(즉 콘크리트 기반)을 부여한 것은 산을 중화시키는 물질이었다.

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「 」를 참조해 주세요.

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레퍼런스

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