日本以及中國大陸極少使用鹽基作為堿性物質的名稱,但是有少數工業品命名為鹽基化合物(指名稱中帶有鹽基字樣的化學品),如二鹽基硬脂酸鉛,三堿式硫酸鉛等。鹽基本質上是與酸產生中和作用的物質,中國大陸絕大多數情況下叫做“堿”(這里的堿可以是經典化學的堿,也可以各種現代酸堿理論的堿)。
前言
本條目講述所有與酸產生中和作用的化學物質,關于可溶于水的鹽基,請見“堿”;組成核核酸的此類物質,請見“核堿基”。
請注意,中國大陸極少使用“鹽基”一詞,無論可溶于水還是難溶于水,所有“可以與酸中和”的物質都一律稱作“堿”。但是大陸確實有少數堿性化合物使用鹽基命名,如二鹽基硬脂酸鉛,三堿式硫酸鉛等。
在日本、香港特別行政區和臺灣省,鹽基或堿基,有時也稱做堿(盡管“堿”具有多種意義)。這是根據布忍斯特-路里學說關于酸和鹽基的部份,鹽基可以簡單想像成吸收質子的物質。額外的定義包括提供孤立電子對(由劉易斯提出),以及是氫氧根的來源(由斯萬特·阿累尼烏斯提出)。
鹽基也可想像為與酸化學相對。酸和鹽基的反應稱為中和作用。鹽基可想像為與酸化學相對是因為酸增加了水合氫離子(H3O)在水中的濃度,反之鹽基降低這種濃度。鹽基與酸反應生成水和鹽。鹽基的一般性質包括:
(相對于酸的酸味以及醛和酮的甜味)
活潑性:對有機化合物呈苛性,與酸性或可還原的物質劇烈反應
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定義
法國化學家侯艾爾(Guillaume Fran?ois Rouelle)于1754年制定了鹽基這一概念。他注意到當時的酸大多是揮發性液體(例如乙酸),與特定物質化合便會轉變為固態鹽。這些特定物質便是鹽的“根基”并因此得名。堿是鹽基的一個特殊例子,會在水溶液中釋出氫氧根。阿累尼烏斯鹽基是指水溶而水溶液pH值經常大于7的鹽基。還有其他更廣義和深層的酸堿定義。
阿累尼烏斯鹽基(Arrhenius base)氫氧根離子的來源: 氫氧化鈉 → Na + OH 布忍斯特鹽基(Br?nsted base)吸收質子的物質,下式中 B為鹽基: B + H → BH B + H → BH
PH值
量度(不純的)水的pH值,便是測試它的酸性。純水中,大約每千萬個水分子便有一個根據以下方程式電離為水合氫離子和氫氧根:
2H2O(l) → H3O(aq) + OH(aq)濃度即是以摩爾濃度計算(M 或摩爾每立方分米(摩爾/ dm))水合氫離子和氫氧根的濃度;是為水的離解常數,數值為10M。pH值定義為?log [H3O];因此,純水的pH值是7。(這些數據均取于23 °C,并于不同溫度時有所差別。)
鹽基接收(或去除)溶液中的水合氫離子,或釋放氫氧根離子到溶液中。兩者均降低了水合氫離子在水中的濃度,從而提升pH值。相反,酸釋放水合氫離子或接收氫氧根而降低pH值。
例如,1莫耳的氫氧化鈉(40 克)溶于1公升的水中,氫氧根的濃度便是 1摩爾每公升。所以氫離子濃度為每公升[H] = 10 莫耳,而pH值 = ?log 10 = 14.
堿度系數( pKb)是堿性的測量,并和酸度系數( pKa)有以下關系pKa + pKb = 14.
堿濃度是量度溶液相對碳酸根或碳酸氫鹽中和酸的能力。
與酸中和作用
當鹽基溶解于水中,氫氧化鈉分解為氫氧根離子和鈉離子:
氫氧化鈉 → Na + OH 同樣地,氯化氫于水中生成水合氫離子和氯離子:
HCl + H2O → H3O + Cl 當兩種溶液混合,水合氫離子(H3O)和氫氧根(OH)化合生成水分子:
H3O + OH → 2 H2O 如果以相同份量的氫氧化鈉和氫氯酸混合,鹽基和酸會恰好完全中和,于溶液中生成氯化鈉,即食鹽。
弱鹽基,如碳酸鈉和蛋白,用于酸泄漏事件中的中和劑。以強鹽基如氫氧化鈉或氫氧化鉀中和會引起劇烈的放熱反應,同時鹽基也制造了和酸泄漏同等的破壞。
非金屬堿性
碳酸鈉和氨亦是鹽基,但它們都沒有氫氧根離子(OH)。這是因為兩種都在溶解時接收氫離子(H):
Na2CO3 + H2O → 2 Na + HCO3 + OH NH3 + H2O → NH4 + OH
強弱
強鹽基是一種會完全水解的鹽基,并提升pH值到14或以上。強鹽基,像強酸一樣,會侵襲生物組織并引致灼傷。它們的反應不同,所以強酸具腐蝕性,而強鹽基則是苛性的。超強鹽基是一類特別的堿性化合物而harpoon base(暫無譯名)是一類缺少親核性的特殊強鹽基。而弱鹽基包括用于清潔的氨。
強鹽基是堿性化合物所以能夠以酸堿反應將弱鹽基去質子化。酸度系數大于及等于13的化合物都稱為強鹽基。常見例子包括堿金屬和堿土金屬的氫氧化物如氫氧化鈉及氫氧化鈣。非常強的鹽基甚至能在缺少水時將微酸性的烴去質子化。
氫氧化物由最強到最弱的排列:
氫氧化鉀(氫氧化鉀)氫氧化鋇(氫氧化鋇)氫氧化銫(CsOH)氫氧化鈉(氫氧化鈉)氫氧化鍶(Sr(OH)2)氫氧化鈣(氫氧化鈣)氫氧化鋰(氫氧化鋰)氫氧化銣(RbOH)這些金屬的陽離子出現于元素周期表的第1和第2族上(即堿金屬和堿土金屬)。
第1族的碳陰離子,氨基以及氫化物鹽由于共軛酸而趨向成為更強的鹽基,能于烴、氨基和水中穩定。
正丁基鋰(n-BuLi)二異丙基氨基鋰(LDA) (C6H14LiN)氨基鈉(NaNH2)氫化鈉(氫化鈉)
異構催化劑
堿性物質可用作化學反應的異構不可溶催化劑。例如氧化鎂,氧化鈣以及氧化鋇等金屬氧化物以及氧化鋁上的氟化鉀和某幾種沸石。大量過渡金屬制造良好催化劑,其中不少是堿性的。堿性催化劑可用于氫化,雙鍵的移動,Meerwein-Ponndorf-Verlay還原反應,Michael反應,以及許多反應。
和堿的混淆
鹽基和堿這兩個術語交換使用,這是由于大部分的鹽基都是堿?!皽y量泥土中的堿性”實際是量度pH值。有時錯誤地將氨歸類為堿。
注意不是大部分堿金屬鹽都是堿,只有本身是堿性的鹽才是堿。
盡管大部分電陽的金屬氧化物都是堿性,只有可溶的堿金屬及堿土金屬氧化物才可稱為堿。
堿是堿金屬及堿土金屬的堿性鹽,但根據辭典, 對堿的定義卻有相矛盾,包括:
所有可溶的鹽基 ,這應稱作阿累尼烏斯堿。鹽基的水溶液 。
常見化合物
大陸很少使用鹽基作為堿性化學品的名稱,但是確有少數工業品命名為鹽基化合物(指名稱中帶有鹽基字樣的化學品)。舉例說明。
硬脂酸鉛
二鹽基硬脂酸鉛,分子式:2PbO·Pb(C17H35COO)2 ,是一種白色粉末。相對密度2.15,熔點>280℃(有分解現象),折射率1.60,在100℃以上易結塊,不溶于水,溶于乙醚。無可燃性和腐蝕性。用作聚氯乙稀的熱穩定劑。主要用于擠出制品。如塑膠管、波紋板、電線及注射制品等。
硫酸鉛
三鹽基性硫酸鉛,分子式:3PbO·硫酸鉛H2O ,白色或微黃色粉末。稍帶甜味有毒。密度7.1,熔點820℃,約200℃以上開始失去結晶水,折射率2.1。不溶于水及有機溶劑,可溶于熱醋酸和堿類,以及硝酸,熱濃鹽酸。無可燃性和腐蝕性,易吸濕,在潮濕狀態下受陽光照射變色分解。本品對聚氯乙烯有穩定作用,且具有優良的耐熱性和電絕緣性,其耐光性能也好,特別適于高溫加工。
亞磷酸鉛
二鹽基亞磷酸鉛,分子式:2PbO·PbHPO3·H2O。白色或微黃色粉末。帶甜味有毒。密度6.1,折射率2.25,在200℃左右變成灰黑色,450℃左右變成黃色。不溶于水和所有的有機溶劑,溶于鹽酸、硝酸。具有耐候性、熱穩定性、電絕緣性等優良性能,并有抗氧化性和屏蔽紫外線的性能。
鄰苯二甲酸鉛
二鹽基鄰苯二甲酸鉛,分子式: C8H4O6Pb3。分子量: 818.08。乳白色或略帶微黃色粉末,有毒,比重4.6,折光率1.99,溶于硝酸和醋酸。用于聚氯乙烯塑料熱穩定劑,具有優良的熱穩定性、光穩定性、電絕緣性和分散性。耐熱性和耐寒性兼優,廣泛應用于高溫電絕緣材料,是90度和105度絕緣級電纜料的標準穩定劑。作為軟質聚氯乙稀泡沫塑料的穩定劑效果尤佳。初期發泡率小,在200度左右發泡率激增,泡沫穩定性好。
參考資料 >