21.13: Сильні та слабкі основи та базова постійна іонізація
- Page ID
- 19452
Вся складна електроніка і апарати в космічному човнику генерують тепло, як і космонавти. Човники мають складне розташування систем для розсіювання цього тепла в космічний простір. Однією зі складових цієї системи є серія змійовиків, наповнених аміаком, які розташовані на зовнішній стороні човника. Аміак поглинає тепло, а потім випускає його в космос, коли газ циркулює через котушки. Такий підхід є одночасно недорогим і ефективним.
Сильні та слабкі основи та постійна іонізація бази,\(K_\text{b}\)
Як і у випадку з кислотами, основи можуть бути або сильними, або слабкими, в залежності від ступеня їх іонізації. Міцною основою є основа, яка повністю іонізується у водному розчині. Найпоширенішими міцними основами є розчинні гідроксидні сполуки металів, такі як гідроксид калію. Деякі гідроксиди металів не такі міцні, просто тому, що вони не настільки розчинні. Гідроксид кальцію лише слабо розчинний у воді, але та частина, яка розчиняється, також дисоціює на іони.
Слабка основа - це основа, яка іонізується лише незначно у водному розчині. Нагадаємо, що основу можна визначити як речовина, яка приймає іон водню від іншої речовини. Коли слабка основа, така як аміак, розчиняється у воді, вона приймає\(\ce{H^+}\) іон з води, утворюючи гідроксид-іон і кон'югатну кислоту основи, іон амонію.
\[\ce{NH_3} \left( aq \right) + \ce{H_2O} \left( l \right) \rightleftharpoons \ce{NH_4^+} \left( aq \right) + \ce{OH^-} \left( aq \right)\nonumber \]
Рівновага значно сприяє реагентам, а ступінь іонізації молекули аміаку дуже мала.
Вираз рівноваги можна записати для реакцій слабких підстав з водою. Оскільки концентрація води надзвичайно велика і практично постійна, вода не включається до виразу. Базова константа іонізації\(\left( K_\text{b} \right)\) - це постійна рівноваги для іонізації основи. Для аміаку вираз таке:
\[K_\text{b} = \frac{\left[ \ce{NH_4^+} \right] \left[ \ce{OH^-} \right]}{\left[ \ce{NH_3} \right]}\nonumber \]
Числове значення\(K_\text{b}\) є відображенням міцності підстави. Слабкі підстави з відносно високими\(K_\text{b}\) значеннями сильніше, ніж основи з відносно низькими\(K_\text{b}\) значеннями. У таблиці нижче наведено перелік базових констант іонізації для декількох слабких основ.
| Назва бази | Рівняння іонізації | \(K_\text{b}\) |
|---|---|---|
| метиламін | \(\ce{CH_3NH_2} + \ce{H_2O} \rightleftharpoons \ce{CH_3NH_3^+} + \ce{OH^-}\) | \ (K_\ text {b}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">\(5.6 \times 10^{-4}\) |
| Аміак | \(\ce{NH_3} + \ce{H_2O} \rightleftharpoons \ce{NH_4^+} + \ce{OH^-}\) | \ (K_\ text {b}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">\(1.8 \times 10^{-5}\) |
| піридин | \(\ce{C_5H_5N} + \ce{H_2O} \rightleftharpoons \ce{C_5H_5NH^+} + \ce{OH^-}\) | \ (K_\ text {b}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">\(1.7 \times 10^{-9}\) |
| ацетат іон | \(\ce{CH_3COO^-} + \ce{H_2O} \rightleftharpoons \ce{CH_3COOH} + \ce{OH^-}\) | \ (K_\ text {b}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">\(5.6 \times 10^{-10}\) |
| Фторид-іон | \(\ce{F^-} + \ce{H_2O} \rightleftharpoons \ce{HF} + \ce{OH^-}\) | \ (K_\ text {b}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">\(1.4 \times 10^{-11}\) |
| Сечовина | \(\ce{H_2NCONH_2} + \ce{H_2O} \rightleftharpoons \ce{H_2NCONH_3^+} + \ce{OH^-}\) | \ (K_\ text {b}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">\(1.5 \times 10^{-14}\) |
Зверніть увагу, що кон'югатна основа слабкої кислоти також є міцною основою. Наприклад, ацетатний іон має невелику тенденцію приймати іон водню з води з утворенням оцтової кислоти та гідроксид-іона.
Резюме
- Міцною основою є основа, яка повністю іонізується у водному розчині.
- Слабка основа - це основа, яка іонізується лише незначно у водному розчині.
- Базова константа іонізації\(\left( K_\text{b} \right)\) - це постійна рівноваги для іонізації основи.
- Кон'югатна основа слабкої кислоти також є міцною основою.