الأسس: الخصائص والأمثلة - كيمياء - 2025

و أسس هي كل تلك المركبات الكيميائية التي يمكن التبرع الإلكترونات أو البروتونات تقبل. في الطبيعة أو بشكل مصطنع هناك قواعد غير عضوية وعضوية. لذلك يمكن التنبؤ بسلوكه للعديد من الجزيئات أو المواد الصلبة الأيونية.

ومع ذلك ، فإن ما يميز القاعدة عن باقي المواد الكيميائية هو ميلها الملحوظ للتبرع بالإلكترونات مقارنة ، على سبيل المثال ، بالأنواع الفقيرة في كثافة الإلكترون. هذا ممكن فقط إذا كان الزوج الإلكتروني موجودًا. نتيجة لذلك ، تحتوي القواعد على مناطق غنية بالإلكترون ، δ-.

الصابون عبارة عن قواعد ضعيفة تتشكل من تفاعل الأحماض الدهنية مع هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم.

ما هي الخصائص الحسية التي تسمح بتحديد القواعد؟ وهي بشكل عام مواد كاوية تسبب حروقًا شديدة من خلال الاتصال الجسدي. في نفس الوقت ، لديهم لمسة صابونية ، ويذوبون الدهون بسهولة. علاوة على ذلك ، نكهاته مريرة.

أين هم في الحياة اليومية؟ من المصادر التجارية والروتينية للأساسات منتجات التنظيف ، من المنظفات إلى صابون اليد. لهذا السبب ، يمكن أن تساعد صورة بعض الفقاعات المعلقة في الهواء على تذكر القواعد ، على الرغم من وجود العديد من الظواهر الفيزيائية والكيميائية وراءها.

تعرض العديد من القواعد خصائص مختلفة تمامًا. على سبيل المثال ، لدى البعض روائح كريهة وقوية ، مثل الأمينات العضوية. من ناحية أخرى ، فإن البعض الآخر ، مثل الأمونيا ، مخترق ومزعج. يمكن أن تكون أيضًا سوائل عديمة اللون أو مواد صلبة بيضاء أيونية.

ومع ذلك ، تشترك جميع القواعد في شيء واحد: تتفاعل مع الأحماض لإنتاج أملاح قابلة للذوبان في المذيبات القطبية ، مثل الماء.

خصائص القواعد

الصابون أساس

بصرف النظر عما سبق ذكره ، ما هي الخصائص المحددة التي يجب أن تتمتع بها جميع القواعد؟ كيف يمكنهم قبول البروتونات أو التبرع بالإلكترونات؟ تكمن الإجابة في كهرسلبية ذرات الجزيء أو الأيون ؛ ومن بينها ، الأكسجين هو الغالب ، خاصةً عندما يوجد كأيون هيدروكسيل ، OH ^-.

الخصائص الفيزيائية

القواعد لها طعم لاذع ، باستثناء الأمونيا ، عديمة الرائحة. قوامه زلق ولديه القدرة على تغيير لون ورق عباد الشمس إلى اللون الأزرق ، والميثيل البرتقالي إلى الأصفر ، والفينول فثالين إلى اللون الأرجواني.

قوة القاعدة

تصنف القواعد إلى قواعد قوية وقواعد ضعيفة. ترتبط قوة القاعدة بثابت توازنها ، ومن ثم ، في حالة القواعد ، تسمى هذه الثوابت ثوابت القاعدية Kb.

وبالتالي ، فإن القواعد القوية لها ثابت أساسي كبير بحيث تميل إلى الانفصال تمامًا. ومن أمثلة هذه الأحماض القلويات مثل الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم ، والتي تكون ثوابت قاعدتها كبيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها في الماء.

من ناحية أخرى ، القاعدة الضعيفة هي التي يكون ثابت تفككها منخفضًا لذا فهي في حالة توازن كيميائي.

ومن الأمثلة على ذلك الأمونيا والأمينات التي تكون ثوابتها الحمضية في حدود 10 ^-4. يوضح الشكل 1 ثوابت الحموضة المختلفة للقواعد المختلفة.

ثوابت تفكك القاعدة.

الرقم الهيدروجيني أكبر من 7

يقيس مقياس الأس الهيدروجيني القلوية أو مستوى الحموضة في المحلول. يتراوح المقياس من صفر إلى 14. يعتبر الرقم الهيدروجيني الأقل من 7 حمضيًا. الأس الهيدروجيني أكبر من 7 أساسي. تمثل نقطة المنتصف 7 درجة حموضة محايدة. المحلول المحايد ليس حامضيًا ولا قلويًا.

يتم الحصول على مقياس الأس الهيدروجيني كدالة لتركيز H ⁺ في المحلول ويتناسب عكسياً مع هذا. القواعد ، عن طريق تقليل تركيز البروتونات ، تزيد من درجة الحموضة في المحلول.

القدرة على تحييد الأحماض

يقترح أرهينيوس ، في نظريته ، أن الأحماض ، كونها قادرة على توليد البروتونات ، تتفاعل مع هيدروكسيل القواعد لتكوين الملح والماء بالطريقة التالية:

HCl + NaOH → NaCl + H ₂ O.

يسمى هذا التفاعل بالتعادل وهو أساس التقنية التحليلية التي تسمى المعايرة بالتحليل الحجمي.

قدرة تخفيض الأكسيد

نظرًا لقدرتها على إنتاج أنواع مشحونة ، تُستخدم القواعد كوسيط لنقل الإلكترون في تفاعلات الأكسدة والاختزال.

تميل القواعد أيضًا إلى التأكسد نظرًا لأن لديها القدرة على التبرع بالإلكترونات الحرة.

تحتوي القواعد على أيونات OH. يمكنهم العمل على التبرع بالإلكترونات. الألومنيوم معدن يتفاعل مع القواعد.

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

إنها لا تسبب تآكلًا للعديد من المعادن ، لأن المعادن تميل إلى فقدان الإلكترونات بدلاً من قبولها ، ولكن القواعد شديدة التآكل للمواد العضوية مثل تلك التي يتكون منها غشاء الخلية.

عادة ما تكون هذه التفاعلات طاردة للحرارة ، مما يؤدي إلى حروق شديدة عند ملامستها للجلد ، لذلك يجب التعامل مع هذا النوع من المواد بحذر. الشكل 3 هو مؤشر الأمان عندما تكون مادة أكالة.

وسم المواد المسببة للتآكل.

يطلقون سراح OH

بادئ ذي بدء ، OH ^- يمكن أن يوجد في العديد من المركبات ، بشكل رئيسي في هيدروكسيدات المعادن ، لأنه في شركة المعادن تميل إلى "أخذ" البروتونات لتكوين الماء. وبالتالي ، يمكن أن تكون القاعدة أي مادة تطلق هذا الأيون في محلول من خلال توازن الذوبان:

م (أوه) ₂ <=> م ²⁺ + ² أوه ^-

إذا كان الهيدروكسيد شديد الذوبان ، فإن التوازن يتحول تمامًا إلى يمين المعادلة الكيميائية ونتحدث عن قاعدة قوية. M (OH) ₂ ، من ناحية أخرى، هي قاعدة ضعيفة، لأنه لا يعفي تماما في OH ^- الأيونات في الماء. بمجرد إنتاج OH ^، يمكنه تحييد أي حمض حوله:

OH ^- + HA => A ^- + H ₂ O

وهكذا فإن OH ^- depotona إلى حمض HA يتحول إلى ماء. لماذا ا؟ لأن ذرة الأكسجين كهرسلبية للغاية ولها أيضًا كثافة إلكترونية زائدة بسبب الشحنة السالبة.

يحتوي O على ثلاثة أزواج من الإلكترونات الحرة ، ويمكنه التبرع بأي واحد منهم لذرة H المشحونة جزئيًا ، δ +. كما أن الاستقرار الكبير للطاقة لجزيء الماء يساعد على التفاعل. بمعنى آخر: H ₂ O أكثر استقرارًا من HA ، وعندما يكون هذا صحيحًا ، سيحدث تفاعل التعادل.

القواعد المرافقة

وماذا عن OH ^- و A ^- ؟ كلاهما قواعد ، مع اختلاف أن A ^- هي القاعدة المترافقة لحمض HA. أيضًا ، A ^- هي قاعدة أضعف بكثير من OH ^-. من هنا يتم الوصول إلى الاستنتاج التالي: تتفاعل القاعدة لتوليد قاعدة أضعف.

قاعدة _قوية + حمض _قوي => قاعدة _ضعيفة + حمض _ضعيف

كما يتضح من المعادلة الكيميائية العامة ، ينطبق الشيء نفسه على الأحماض.

تقارن القاعدة أ ^- يمكن أن ينزع جزيء ما في تفاعل يعرف باسم التحلل المائي:

أ ^- + H ₂ O <=> HA + OH ^-

ومع ذلك ، على عكس OH ^- ، فإنه يؤسس توازنًا عند تحييده بالماء. مرة أخرى هذا لأن A ^- قاعدة أضعف بكثير ، لكنها كافية لإحداث تغيير في درجة الحموضة في المحلول.

لذلك ، تُعرف كل تلك الأملاح التي تحتوي على A ^- بالأملاح الأساسية. مثال على ذلك كربونات الصوديوم ، Na ₂ CO ₃ ، والتي بعد الذوبان تقوم بتأسيس المحلول من خلال تفاعل التحلل المائي:

CO ₃ ^2– + H ₂ O <=> HCO ₃ ^- + OH ^-

لديهم ذرات نيتروجين أو بدائل تجذب كثافة الإلكترون

قاعدة ليست فقط المواد الصلبة الأيونية مع OH ^- الأنيونات في الشبكة البلورية، لكنها يمكن أن يكون أيضا ذرات كهربية أخرى مثل النيتروجين. تنتمي هذه الأنواع من القواعد إلى الكيمياء العضوية ، ومن أكثرها شيوعًا الأمينات.

ما هي مجموعة الأمين؟ R-NH ₂. يوجد على ذرة النيتروجين زوج إلكتروني غير مشترك ، يمكنه ، مثل OH ^- ، نزع جزيء الماء:

R - NH ₂ + H ₂ O <=> RNH ₃ ⁺ + OH ^-

التوازن بعيد إلى اليسار ، لأن الأمين ، على الرغم من كونه أساسيًا ، أضعف بكثير من OH ^-. لاحظ أن التفاعل مشابه للتفاعل المعطى لجزيء الأمونيا:

NH ₃ + H ₂ O <=> NH ₄ ⁺ + OH ^-

فقط أن الأمينات لا يمكن أن تشكل الكاتيون ، NH ₄ ⁺ ؛ على الرغم من أن RNH ₃ ⁺ هو كاتيون الأمونيوم مع استبدال أحادي.

وهل يمكن أن تتفاعل مع المركبات الأخرى؟ نعم ، مع أي شخص لديه كمية كافية من الهيدروجين الحمضي ، حتى لو لم يحدث التفاعل تمامًا. أي أن أمينًا قويًا للغاية فقط يتفاعل دون إنشاء توازن. وبالمثل ، يمكن للأمينات التبرع بزوجها من الإلكترونات لأنواع أخرى غير H (مثل جذور الألكيل: -CH ₃).

قواعد ذات حلقات عطرية

يمكن أن تحتوي الأمينات أيضًا على حلقات عطرية. إذا كان من الممكن "فقد" زوج الإلكترونات داخل الحلقة ، لأن الحلقة تجذب كثافة الإلكترون ، فإن قاعدتها ستنخفض. لماذا ا؟ نظرًا لأنه كلما كان هذا الزوج موضعيًا داخل الهيكل ، زادت سرعة تفاعله مع الأنواع الفقيرة بالإلكترون.

على سبيل المثال ، NH ₃ أساسي لأن زوج إلكتروناته ليس له مكان يذهب إليه. يحدث الشيء نفسه مع الأمينات ، سواء كانت أولية (RNH ₂) أو ثانوية (R ₂ NH) أو ثالثية (R ₃ N). هذه هي أكثر أساسية من الأمونيا لأنه ، بالإضافة إلى ما تم شرحه للتو ، يجذب النيتروجين كثافة إلكترونية أعلى لبدائل R ، وبالتالي زيادة δ-.

ولكن عند وجود حلقة عطرية ، يمكن للزوج المذكور أن يدخل في صدى بداخلها ، مما يجعل من المستحيل المشاركة في تكوين روابط مع H أو الأنواع الأخرى. لذلك ، تميل الأمينات العطرية إلى أن تكون أقل أساسية ، ما لم يظل زوج الإلكترون ثابتًا على النيتروجين (كما هو الحال مع جزيء بيريدين).

أمثلة على القواعد

هيدروكسيد الصوديوم

هيدروكسيد الصوديوم هو أحد القواعد الأكثر استخدامًا في جميع أنحاء العالم. تطبيقاته لا حصر لها ، ولكن من بينها يمكن أن نذكر استخدامه لتصبن بعض الدهون وبالتالي صنع الأملاح الأساسية من الأحماض الدهنية (الصابون).

CH

قد يبدو أن الأسيتون من الناحية الهيكلية لا يقبل البروتونات (أو يتبرع بالإلكترونات) ، لكنه يفعل ذلك ، على الرغم من كونه قاعدة ضعيفة للغاية. وذلك لأن ذرة O الكهربية تجذب سحب الإلكترون لمجموعات CH ₃ ، مما يبرز وجود زوجين من الإلكترونات (: O:).

هيدروكسيدات قلوية

إلى جانب NaOH ، تعتبر هيدروكسيدات الفلزات القلوية أيضًا قواعد قوية (مع استثناء طفيف لـ LiOH). وبالتالي ، من بين القواعد الأخرى هناك ما يلي:

-KOH: هيدروكسيد البوتاسيوم أو البوتاس الكاوي ، وهو أحد أكثر القواعد استخدامًا في المختبر أو في الصناعة ، نظرًا لقدرته الكبيرة على إزالة الشحوم.

-ربوهيدرات: هيدروكسيد الروبيديوم.

- COH: هيدروكسيد السيزيوم.

-FrOH: هيدروكسيد الفرانسيوم ، الذي يُفترض نظريًا أن قاعدته من أقوى العوامل المعروفة على الإطلاق.

القواعد العضوية

-CH ₃ CH ₂ NH ₂: إيثيلامين.

-LiNH ₂: أميد الليثيوم. جنبا إلى جنب مع أميد الصوديوم ، NaNH ₂ ، فهي واحدة من أقوى القواعد العضوية. فيهم أنيون الأميد ، NH ₂ ^- هو القاعدة التي تنزع الماء أو تتفاعل مع الأحماض.

- CH ₃ ONa: ميثوكسيد الصوديوم. هنا القاعدة هي الأنيون CH ₃ O ^- والذي يمكن أن يتفاعل مع الأحماض لإعطاء الميثانول ، CH ₃ OH.

-كواشف غرينيارد: تحتوي على ذرة معدنية وهالوجين ، RMX. في هذه الحالة ، الجذر R هو القاعدة ، لكن ليس بالضبط لأنه يأخذ الهيدروجين الحمضي ، ولكن لأنه يتخلى عن زوج الإلكترونات الذي يتشاركه مع ذرة المعدن. على سبيل المثال: بروميد إيثيل المغنيسيوم ، CH ₃ CH ₂ MgBr. إنها مفيدة جدًا في التركيب العضوي.

ناهكو

تستخدم صودا الخبز لمعادلة الحموضة في الظروف المعتدلة ، على سبيل المثال ، داخل الفم كمادة مضافة في معاجين الأسنان.

المراجع

1. ميرك KGaA. (2018). القواعد العضوية. مأخوذة من: sigmaaldrich.com
2. ويكيبيديا. (2018). قواعد (كيمياء). مأخوذة من: es.wikipedia.org
3. كيمياء 1010. الأحماض والقواعد: ما هي وأين توجد.. مأخوذة من: cactus.dixie.edu
4. الأحماض والقواعد ومقياس الأس الهيدروجيني. مأخوذة من: 2.nau.edu
5. مجموعة بودنر. تعريفات الأحماض والقواعد ودور الماء. مأخوذة من: chemed.chem.purdue.edu
6. الكيمياء LibreTexts. القواعد: الخصائص والأمثلة. مأخوذة من: chem.libretexts.org
7. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. في الأحماض والقواعد. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
8. هيلمنستين ، تود. (04 أغسطس 2018). أسماء 10 قواعد. تم الاسترجاع من: thinkco.com