בסיסים: מאפיינים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

היסודות הם כל אלה תרכובות כימיות שיכול לתרום אלקטרונים או לקבל פרוטונים. בטבע או באופן מלאכותי ישנם בסיסים אורגניים ואורגניים כאחד. לכן ניתן לחזות את התנהגותה עבור מולקולות או מוצקים יוניים רבים.

עם זאת, מה שמבדיל בסיס משאר החומרים הכימיים הוא נטייתו הניכרת לתרום אלקטרונים לעומת, למשל, מינים דלים בצפיפות אלקטרונים. זה אפשרי רק אם הזוג האלקטרוני נמצא. כתוצאה מכך, לבסיסים יש אזורים עתירי אלקטרונים, δ-.

סבונים הם בסיסים חלשים הנוצרים כתגובה של חומצות שומן עם נתרן הידרוקסיד או אשלגן הידרוקסיד.

אילו תכונות אורגנולפטיות מאפשרות לזהות את הבסיסים? בדרך כלל מדובר בחומרים קאוסטיים, הגורמים לכוויות קשות באמצעות מגע גופני. יחד עם זאת יש להם מגע סבוני, וממיסים שומנים בקלות. יתר על כן, טעמיו הם מרירים.

איפה הם בחיי היומיום? מקור יסודות מסחרי ושגרתי הוא מוצרי ניקוי, מחומרי ניקוי ועד סבוני יד. מסיבה זו, תמונת בועות המונעות באוויר יכולה לעזור לזכור את הבסיסים, למרות שמאחוריהם יש הרבה תופעות פיזיקו-כימיות שמעורבות.

בסיסים רבים מציגים תכונות שונות לחלוטין. לדוגמה, לחלקם יש ריחות רעים וחזקים, כמו אמינים אורגניים. אחרים, לעומת זאת, כמו אמוניה, חודרים ומרגיזים. הם יכולים גם להיות נוזלים חסרי צבע, או מוצקים לבנים יוניים.

עם זאת, לכל הבסיסים יש דבר אחד במשותף: הם מגיבים עם חומצות לייצור מלחים מסיסים בממסים קוטביים, כמו מים.

מאפייני הבסיס

סבון הוא בסיס

מלבד מה שכבר הוזכר, אילו מאפיינים ספציפיים צריכים להיות לכל הבסיסים? איך הם יכולים לקבל פרוטונים או לתרום אלקטרונים? התשובה נעוצה האלקטרוניטיביות של אטומי המולקולה או היון; ובקרב כולם, החמצן הוא השולט ביותר, במיוחד כאשר הוא נמצא כ יון הידרוקסיל, OH ^- .

תכונות גשמיות

לבסיסים יש טעם חמוץ, למעט אמוניה, הם ללא ריח. המרקם שלו חלקלק ובעל יכולת לשנות את צבע נייר הלקמוס לכחול, מתיל כתום לצהוב ופנוולפתלין לסגול.

חוזק בסיס

בסיסים מסווגים לבסיסים חזקים ובסיסים חלשים. כוחו של בסיס קשור לקבוע שיווי המשקל שלו, ולכן במקרה של בסיסים קבועים אלה נקראים קבועי בסיס בסיסיות Kb.

לפיכך, לבסיסים חזקים יש קבוע בסיסי גדול ולכן הם נוטים להתנתק לחלוטין. דוגמאות לחומצות אלה הן אלקליות כגון נתרן או אשלגן הידרוקסיד, שקבועי היסוד שלהן כה גדולים עד שלא ניתן למדוד אותם במים.

מצד שני, בסיס חלש הוא בסיס אשר קבוע הניתוק שלו נמוך ולכן הוא נמצא בשיווי משקל כימי.

דוגמאות לכך הן אמוניה ואמינים שקבוצת החומצה שלהם היא ^10-4 . איור 1 מציג את קבועי החומציות השונים עבור בסיסים שונים.

קבועי ניתוק בסיס.

pH גבוה מ- 7

סולם ה- pH מודד את רמת הבסיס או החומציות של תמיסה. הסולם נע בין אפס ל- 14. pH פחות מ- 7 הוא חומצי. PH הגבוה מ 7 הוא בסיסי. נקודת האמצע 7 מייצגת pH ניטראלי. תמיסה נייטרלית אינה חומצית ואינה אלקלית.

סולם ה- pH מתקבל כפונקציה של ריכוז H ⁺ בתמיסה ויחס הפוך ליחס זה. בסיסים, על ידי הפחתת ריכוז הפרוטונים, מעלים את רמת החומציות של תמיסה.

יכולת לנטרל חומצות

ארחניוס, בתיאוריה שלו, מציע כי חומצות, על ידי יכולתן לייצר פרוטונים, יגיבו עם ההידרוקסיל של הבסיסים ליצירת מלח ומים באופן הבא:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

תגובה זו נקראת נטרול והיא הבסיס לטכניקה האנליטית המכונה טיטרציה.

יכולת הפחתת תחמוצת

בהתחשב ביכולתם לייצר מינים טעונים, בסיסים משמשים כמדיום להעברת אלקטרונים בתגובות רדוקס.

לבסיסים יש נטייה לחמצון שכן יש להם יכולת לתרום אלקטרונים בחינם.

בסיסים מכילים יוני OH. הם יכולים לפעול לתרומת אלקטרונים. אלומיניום הוא מתכת המגיבה עם בסיסים.

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

הם לא מאכלים מתכות רבות, מכיוון שמתכות נוטות להפסיד ולא לקבל אלקטרונים, אך בסיסים מאכלים מאוד לחומרים אורגניים כמו אלו המרכיבים את קרום התא.

תגובות אלו בדרך כלל אקסותרמיות, אשר מייצרות כוויות קשות במגע עם העור, ולכן יש לטפל בזהירות בחומר זה. איור 3 הוא אינדיקטור הבטיחות כאשר חומר מאכל.

סימון של חומרים מאכלים.

הם משחררים OH

ראשית, OH ^- יכול להיות קיים בתרכובות רבות, בעיקר בהידרוקסיד מתכתי, מכיוון שבחברת המתכות הוא נוטה "לקחת" פרוטונים ליצירת מים. לפיכך, בסיס יכול להיות כל חומר שמשחרר יון זה בתמיסה באמצעות שיווי משקל מסיסים:

M (OH) ₂ <=> M ²⁺ + 2OH ^-

אם ההידרוקסיד מסיס מאוד שיווי המשקל מועבר לחלוטין לימין המשוואה הכימית ואנחנו מדברים על בסיס חזק. M (OH) ₂ , ומצד שני, הוא בסיס חלש, שכן היא אינה משחררת OH שלה לחלוטין ^- יונים למים. ברגע שנוצר ה- OH ^- הוא יכול לנטרל כל חומצה שנמצאת סביבו:

OH ^- + HA => A ^- + H ₂ O

וכך ה- OH ^- דפרוטונה לחומצה HA להפוך למים. למה? מכיוון שאטום החמצן הוא מאוד אלקטרונגטיבי ויש לו גם צפיפות אלקטרונית עודפת בגלל המטען השלילי.

ל- O יש שלושה זוגות אלקטרונים חופשיים, והוא יכול לתרום כל אחד מהם לאטום H המטען באופן חיובי חלקית, δ +. כמו כן, היציבות האנרגטית הגדולה של מולקולת המים מעדיפה את התגובה. במילים אחרות: H ₂ O הרבה יותר יציב מ- HA, וכשזה נכון התגובה לנטרול תתרחש.

בסיסים מצומדים

ומה עם OH ^- ו- A ^- ? שניהם בסיסים, עם בהבדל ^- הוא הבסיס המצומד של חומצה HA. כמו כן, A ^- הוא בסיס חלש בהרבה מאשר OH ^- . מכאן מושגת המסקנה הבאה: בסיס מגיב לייצר חלשה יותר.

בסיס _חזק + חומצה _חזק => בסיס _חלש + _חלש חומצה

כפי שניתן לראות מהמשוואה הכימית הכללית, הדבר נכון גם לגבי חומצות.

בסיס מצומד א ' ^- יכול לבצע פרוטונוטציה של מולקולה בתגובה המכונה הידרוליזה:

A ^- + H ₂ O <=> HA + OH ^-

עם זאת, בניגוד ל- OH ^- הוא מייצר שיווי משקל כאשר הוא מנוטרל עם מים. שוב הסיבה לכך היא ^- הוא בסיס חלש בהרבה, אבל מספיק כדי לגרום שינוי ב- pH של התמיסה.

לכן, כל אותם מלחים המכילים A ^- ידועים כמלחים בסיסיים. דוגמא להן היא נתרן קרבונט, Na ₂ CO ₃ , שאחרי המיסה, מבסס את התמיסה באמצעות תגובת ההידרוליזה:

CO ₃ ^2– + H ₂ O <=> HCO ₃ ^- + OH ^-

יש להם אטומי חנקן או תחליפים שמושכים צפיפות אלקטרונים

בסיס הוא לא רק מוצקים יוניים עם OH ^- אניונים בסריג הגביש שלהם, אלא הם יכולים גם להכיל אטומים אלקטרוניים אחרים כמו חנקן. בסיסים מסוג זה שייכים לכימיה אורגנית, ובין הנפוצים ביותר הם אמינים.

מהי קבוצת האמין? R-NH ₂ . על אטום החנקן יש זוג אלקטרוני לא משותף, שיכול, כמו OH ^- , לבטל את הפרוטונציה של מולקולת מים:

R - NH ₂ + H ₂ O <=> RNH ₃ ⁺ + OH ^-

שיווי המשקל רחוק משמאל, מכיוון שאמין, אף שהוא בסיסי, חלש בהרבה מ OH ^- . שימו לב שהתגובה דומה לזו שניתנה למולקולת האמוניה:

NH ₃ + H ₂ O <=> NH ₄ ⁺ + OH ^-

רק שהאמינים אינם יכולים ליצור את הקטיון, NH ₄ ⁺ ; למרות ש- RNH ₃ ⁺ הוא קטיון האמוניום עם החדרת חד-מימן.

והאם זה יכול להגיב עם תרכובות אחרות? כן, עם כל מי שיש לו מספיק מימן חומצי, גם אם התגובה לא מתרחשת לחלוטין. כלומר, רק אמין חזק מאוד מגיב מבלי לבסס שיווי משקל. באופן דומה אמינים יכולים לתרום את זוג האלקטרונים שלהם למינים שאינם H (כמו רדיקלים אלקיליים: -CH ₃ ).

בסיסים עם טבעות ארומטיות

לאמינים יכולות להיות טבעות ארומטיות. אם ניתן לאבד את צמד האלקטרונים בתוך הטבעת, מכיוון שהטבעת מושכת צפיפות אלקטרונים, אז הבסיסיות שלה תקטן. למה? מכיוון שככל שזוג זה נמצא יותר במבנה, כך הוא יגיב מהר יותר עם המין העוני באלקטרונים.

לדוגמה, NH ₃ הוא בסיסי מכיוון שלצמד האלקטרונים שלו אין לאן ללכת. כך גם באמינים, בין אם הם ראשוניים (RNH ₂ ), משניים (R ₂ NH) או שלישוניים (R ₃ N). אלה בסיסיים יותר מאשר אמוניה מכיוון שבנוסף למה שהוסבר זה עתה, חנקן מושך צפיפות אלקטרונית גבוהה יותר של תחליפי R, ובכך מגדיל את δ-.

אבל כשיש טבעת ארומטית, הזוג האמור יכול להיכנס לתהודה בתוכה, מה שמאפשר להשתתף ביצירת קשרים עם H או מינים אחרים. לפיכך, אמינים ארומטיים נוטים להיות פחות בסיסיים, אלא אם כן זוג האלקטרונים נשאר קבוע על חנקן (כמו מולקולת הפירידין).

דוגמאות לבסיסים

NaOH

נתרן הידרוקסיד הוא אחד הבסיסים הנפוצים ביותר בעולם. יישומים רבים מספור, אך ביניהם ניתן להזכיר את השימוש בה כדי להרגיע מעט שומנים וכך ליצור מלחים בסיסיים של חומצות שומן (סבונים).

CH

מבחינה מבנית, נראה כי אצטון אינו מקבל פרוטונים (או תורם אלקטרונים), אך הוא עושה זאת, למרות שהוא בסיס חלש מאוד. הסיבה לכך היא ש אטום ה- O האלקטרו-מושך מושך את ענני האלקטרונים של קבוצות CH ₃ , ומדגיש את נוכחותם של שני זוגות האלקטרונים שלו (: O :).

הידרוקסיד אלקלי

מלבד NaOH, הידרוקסיד מתכות אלקליות הן גם בסיסים חזקים (למעט הקל של LiOH). כך, בין שאר הבסיסים ישנם הדברים הבאים:

-KOH: אשלגן הידרוקסיד או אשלג קאוסטי, זהו אחד הבסיסים הנפוצים ביותר במעבדה או בתעשייה, בגלל כוחו השומני הגדול.

-RBOH: רובידיום הידרוקסיד.

-CsOH: צזיום הידרוקסיד.

-פרוה: פרנקיום הידרוקסיד, שהבסיסיות שלו חזקה באופן תיאורטי כאחת החזקות ביותר שנודעו אי פעם.

בסיסים אורגניים

-CH ₃ CH ₂ NH ₂ : ethylamine.

-לינה ₂ : ליתיום amide. יחד עם הנתרן אמין, NaNH ₂ , הם אחד הבסיסים האורגניים החזקים ביותר. בהם אניון האמיד, NH ₂ ^- הוא הבסיס המפרח את המים או מגיב עם חומצות.

-CH ₃ ONa: methoxide נתרן. כאן הבסיס הוא האניון CH ₃ O ^- , שיכול להגיב עם חומצות כדי לתת מתנול, CH ₃ OH.

-הריגנטים Grignard: יש להם אטום מתכת והלוגן, RMX. במקרה זה, הרדיקלי R הוא הבסיס, אך לא בדיוק מכיוון שהוא מסיר מימן חומצי, אלא מכיוון שהוא מוותר על צמד האלקטרונים שהוא חולק עם אטום המתכת. לדוגמא: אתיל-מגנזיום ברומיד, CH ₃ CH ₂ MgBr. הם מועילים מאוד בסינתזה אורגנית.

NaHCO

סודה לשתייה משמשת לנטרול החומציות בתנאים קלים, למשל בתוך הפה כתוסף במשחות שיניים.

הפניות

1. Merck KGaA. (2018). בסיסים אורגניים. לקוח מ: sigmaaldrich.com
2. ויקיפדיה. (2018). בסיסים (כימיה). נלקח מ: es.wikipedia.org
3. כימיה 1010. חומצות ובסיסים: מה הם ואיפה הם נמצאים. . לקוח מ: cactus.dixie.edu
4. חומצות, בסיסים וסולם pH. נלקח מ: 2.nau.edu
5. קבוצת בודנר. הגדרות חומצות ובסיסים ותפקיד המים. נלקח מ: chemed.chem.purdue.edu
6. כימיה LibreTexts. בסיסים: מאפיינים ודוגמאות. נלקח מ: chem.libretexts.org
7. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. בחומצות ובבסיס. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
8. הלמנסטין, טוד. (04 באוגוסט 2018). שמות של 10 בסיסים. התאושש מ: thoughtco.com