Слабая база - Weak base

Кислоты и основания
Кислота Кислотно-основная реакция Кислотно-щелочной гомеостаз Кислотная сила Функция кислотности Амфотеризм Основание Буферные растворы Константа диссоциации Равновесная химия Добыча Функция кислотности Гаммета pH Протонное сродство Самоионизация воды Титрование Кислотный катализ Льюиса Разочарованная пара Льюиса Хиральная кислота Льюиса
Кислота типы
Brønsted – Lowry Льюис Акцептор Минеральная Органический Окись Сильный Суперкислоты Слабый Твердый
Основание типы
Brønsted – Lowry Льюис Донор Органический Окись Сильный Супербазы Ненуклеофильный Слабый

Слабая база - это основание который при растворении в воде не диссоциирует полностью, так что полученный водный раствор содержит только небольшую часть гидроксид-ионов и соответствующего основного радикала, а также большую часть недиссоциированных молекул основания.

pH, К_б, а K_ш

Основания дают растворы, в которых ион водорода Мероприятия ниже, чем в чистой воде, т. е. раствор имеет pH больше 7,0 при стандартных условиях, потенциально может достигать 14 (и даже больше 14 для некоторых баз). Формула pH:

${ displaystyle { mbox {pH}} = - log _ {10} left [{ mbox {H}} ^ {+} right]}$

Базы протон акцепторы; база получит ион водорода из воды, H₂O, а оставшиеся H⁺ концентрация в растворе определяет pH. Слабая база будет иметь более высокий H⁺ концентрации, чем более сильное основание, потому что оно менее полно протонированный чем более сильное основание, и, следовательно, в его растворе остается больше ионов водорода. Учитывая его большее H⁺ концентрации, формула дает более низкое значение pH для слабого основания. Тем не менее, pH оснований обычно рассчитывается через OH⁻ концентрация. Это сделано потому, что H⁺ концентрация не является частью реакции, тогда как OH⁻ концентрация есть. POH определяется как:

${ displaystyle { mbox {pOH}} = - log _ {10} left [{ mbox {OH}} ^ {-} right]}$

Если мы умножим константы равновесия конъюгированная кислота (например, NH₄⁺) и сопряженное основание (такое как NH₃) мы получаем:

${ displaystyle K_ {a} times K_ {b} = {[H_ {3} O ^ {+}] [NH_ {3}] over [NH_ {4} ^ {+}]} times {[NH_ {4} ^ {+}] [OH ^ {-}] over [NH_ {3}]} = [H_ {3} O ^ {+}] [OH ^ {-}]}$

В качестве ${ displaystyle {K_ {w}} = [H_ {3} O ^ {+}] [OH ^ {-}]}$ это просто константа самоионизации воды, у нас есть ${ displaystyle K_ {a} times K_ {b} = K_ {w}}$

Логарифмирование обеих частей уравнения дает:

${ displaystyle logK_ {a} + logK_ {b} = logK_ {w}}$

Наконец, умножая обе части на -1, получаем:

${ displaystyle pK_ {a} + pK_ {b} = pK_ {w} = 14,00}$

Для pOH, полученного по приведенной выше формуле pOH, pH основания может быть рассчитан из ${ displaystyle pH = pK_ {w} -pOH}$, где pK_ш = 14.00.

Слабая база сохраняется в химическое равновесие во многом так же, как слабая кислота делает, с константа диссоциации оснований (K_б) с указанием прочности основания. Например, при добавлении аммиака в воду устанавливается следующее равновесие:

${ displaystyle mathrm {K_ {b} = {[NH_ {4} ^ {+}] [OH ^ {-}] over [NH_ {3}]}}}$

База с большим K_б ионизируется более полно и, следовательно, является более сильным основанием. Как показано выше, pH раствора, который зависит от H⁺ концентрация, увеличивается с увеличением OH⁻ концентрация; больший ОН⁻ концентрация означает меньшую H⁺ концентрация, следовательно, более высокий pH. У сильных оснований меньше H⁺ концентрации, потому что они более полно протонированы, оставляя меньше ионов водорода в растворе. А меньше ЧАС⁺ концентрация означает больше ОЙ⁻ концентрация и, следовательно, большая K_б и более высокий pH.

NaOH (s) (гидроксид натрия) является более сильным основанием, чем (CH₃CH₂)₂NH (л) (диэтиламин ), которая является более сильным основанием, чем NH₃ (г) (аммиак). Чем слабее основания, тем меньше K_б ценности становятся.^[1]

Процент протонированных

Как видно выше, сила основания зависит в первую очередь от pH. Чтобы описать сильные стороны слабых оснований, полезно знать процент протонированных - процент молекул оснований, которые были протонированы. Более низкий процент будет соответствовать более низкому pH, потому что оба числа являются результатом количества протонирования. Слабое основание менее протонировано, что приводит к более низкому pH и более низкому проценту протонированного основания.^[2]

Типичное равновесие с переносом протона выглядит так:

${ Displaystyle B (водный раствор) + H_ {2} O (l) leftrightarrow HB ^ {+} (водный раствор) + OH ^ {-} (водный раствор)}$

B представляет собой основу.

${ displaystyle Percentage protonated = {молярность of HB ^ {+} over initial molarity of B} times 100 \% = {[{HB} ^ {+}] over [B] _ {начальный}} { times 100 \%}}$

В этой формуле [B]_{исходный} - начальная молярная концентрация основания в предположении, что протонирование не произошло.

Типичная проблема с pH

Рассчитайте pH и процент протонирования 20 M водного раствора пиридина, C₅ЧАС₅N. The K_б для C₅ЧАС₅N составляет 1,8 x 10⁻⁹.^[3]

Сначала запишите равновесие переноса протона:

${ displaystyle mathrm {H_ {2} O (l) + C_ {5} H_ {5} N (aq) leftrightarrow C_ {5} H_ {5} NH ^ {+} (aq) + OH ^ {- } (водн.)}}$

${ displaystyle K_ {b} = mathrm {[C_ {5} H_ {5} NH ^ {+}] [OH ^ {-}] over [C_ {5} H_ {5} N]}}$

Таблица равновесия со всеми концентрациями в молях на литр:

	C5ЧАС5N	C5ЧАС6N+	ОЙ−
начальная нормальность	.20	0	0
изменение нормальности	-Икс	+ х	+ х
равновесная нормальность	.20 -x	Икс	Икс

Подставьте равновесные молярности в константу основности	${ displaystyle K_ {b} = mathrm {1,8 times 10 ^ {- 9}} = {x times x более 0,20-x}}$
Мы можем предположить, что x настолько мал, что к тому времени, когда мы будем использовать значащие числа, он потеряет смысл.	${ displaystyle mathrm {1,8 times 10 ^ {- 9}} приблизительно {x ^ {2} более 0,20}}$
Решите относительно x.	${ displaystyle mathrm {x} приблизительно { sqrt {.20 times (1,8 times 10 ^ {- 9})}} = 1,9 times 10 ^ {- 5}}$
Проверьте предположение, что x << .20	${ displaystyle mathrm {1} .9 times 10 ^ {- 5} ll .20}$; так что приближение действительно
Найдите pOH из pOH = -log [OH−] с [OH−] = х	${ displaystyle mathrm {p} OH приблизительно -log (1,9 times 10 ^ {- 5}) = 4,7}$
От pH = pKш - pOH,	${ displaystyle mathrm {p} H приблизительно 14,00–4,7 = 9,3}$
Из уравнения для процента протонированного с [HB+] = x и [B]исходный = .20,	${ displaystyle mathrm {p} ercentage protonated = {1,9 times 10 ^ {- 5} over .20} times 100 \% =. 0095 \%}$

Это означает, что 0,0095% пиридина находится в протонированной форме C₅ЧАС₅NH⁺.

Примеры

• Аланин
• Аммиак, NH₃
• Метиламин, CH₃NH₂
• Гидроксид аммония, NH₄ОЙ

Простые факты

• Пример слабого основания - аммиак. Он не содержит гидроксид-ионы, но реагирует с водой с образованием ионов аммония и гидроксид-ионов.^[4]
• Положение равновесия меняется от основания к основанию, когда слабое основание реагирует с водой. Чем левее, тем слабее основание.^[5]
• Когда существует градиент ионов водорода между двумя сторонами биологической мембраны, концентрация некоторых слабых оснований сосредоточена только на одной стороне мембраны.^[6] Слабые основания склонны накапливаться в кислых жидкостях.^[6] Кислый желудок содержит более высокую концентрацию слабого основания, чем плазма.^[6] Кислая моча, по сравнению с щелочной мочой, выводит слабые основания более быстрыми темпами.^[6]

Смотрите также

• Сильная база
• Слабая кислота

Рекомендации

внешняя ссылка

• Путеводитель по слабым основам из Джорджтауна, примечания к курсу
• Статья о кислотности растворов слабых оснований из Intute