En química , existen tres definiciones de uso común de la palabra " base ": bases de Arrhenius , bases de Brønsted y bases de Lewis . Todas las definiciones coinciden en que las bases son sustancias que reaccionan con los ácidos , como propuso originalmente G.-F. Rouelle a mediados del siglo XVIII.
En 1884, Svante Arrhenius propuso que una base es una sustancia que se disocia en solución acuosa para formar iones hidróxido OH − . Estos iones pueden reaccionar con iones de hidrógeno (H + según Arrhenius) a partir de la disociación de ácidos para formar agua en una reacción ácido-base . Por tanto, una base era un hidróxido metálico como NaOH o Ca(OH) 2 . Estas soluciones acuosas de hidróxido se caracterizan también por ciertas propiedades características. Son resbaladizos al tacto, pueden tener un sabor amargo [1] y cambiar el color de los indicadores de pH (por ejemplo, hacer que el papel tornasol rojo se vuelva azul).
En el agua, al alterar el equilibrio de autoionización , las bases producen soluciones en las que la actividad del ion hidrógeno es menor que en el agua pura, es decir, el agua tiene un pH superior a 7,0 en condiciones estándar. Una base soluble se llama álcali si contiene y libera iones OH - cuantitativamente . Los óxidos , hidróxidos y especialmente los alcóxidos metálicos son básicos, y las bases conjugadas de ácidos débiles son bases débiles.
Las bases y los ácidos se consideran químicos opuestos porque el efecto de un ácido es aumentar la concentración de hidronio (H 3 O + ) en el agua, mientras que las bases reducen esta concentración. Una reacción entre soluciones acuosas de un ácido y una base se llama neutralización y produce una solución de agua y una sal en la que la sal se separa en los iones que la componen. Si la solución acuosa se satura con un soluto salino determinado , cualquier sal adicional precipita de la solución.
En la teoría ácido-base más general de Brønsted-Lowry (1923), una base es una sustancia que puede aceptar cationes de hidrógeno (H + ), también conocidos como protones . Esto incluye hidróxidos acuosos ya que el OH − reacciona con H + para formar agua, de modo que las bases de Arrhenius son un subconjunto de las bases de Brønsted. Sin embargo, también existen otras bases de Brønsted que aceptan protones, como las soluciones acuosas de amoníaco (NH 3 ) o sus derivados orgánicos ( aminas ). [2] Estas bases no contienen un ion hidróxido pero, sin embargo, reaccionan con el agua, lo que resulta en un aumento en la concentración del ion hidróxido. [3] Además, algunos disolventes no acuosos contienen bases de Brønsted que reaccionan con protones solvatados . Por ejemplo, en el amoníaco líquido , NH 2 − es la especie iónica básica que acepta protones del NH 4 + , la especie ácida en este disolvente.
GN Lewis se dio cuenta de que el agua, el amoníaco y otras bases pueden formar un enlace con un protón debido al par de electrones no compartidos que poseen las bases. [3] En la teoría de Lewis , una base es un donante de pares de electrones que puede compartir un par de electrones con un aceptor de electrones que se describe como ácido de Lewis. [4] La teoría de Lewis es más general que el modelo de Brønsted porque el ácido de Lewis no es necesariamente un protón, sino que puede ser otra molécula (o ion) con un orbital bajo vacante que puede aceptar un par de electrones. Un ejemplo notable es el trifluoruro de boro (BF 3 ).
En el pasado se han propuesto algunas otras definiciones tanto de bases como de ácidos, pero no se utilizan comúnmente en la actualidad.
Las propiedades generales de las bases incluyen:
La siguiente reacción representa la reacción general entre una base (B) y agua para producir un ácido conjugado (BH + ) y una base conjugada (OH − ): [3]
En esta ecuación, la base (B) y la base extremadamente fuerte (la base conjugada OH − ) compiten por el protón. [6] Como resultado, las bases que reaccionan con el agua tienen valores constantes de equilibrio relativamente pequeños. [6] La base es más débil cuando tiene un valor constante de equilibrio más bajo. [3]
Las bases reaccionan con los ácidos para neutralizarse entre sí a un ritmo rápido tanto en agua como en alcohol. [7] Cuando se disuelve en agua, la base fuerte hidróxido de sodio se ioniza en iones de hidróxido y sodio:
y de manera similar, en el agua el cloruro de hidrógeno ácido forma iones hidronio y cloruro:
Cuando las dos soluciones se mezclan, el H
3oh+
y OH−
Los iones se combinan para formar moléculas de agua:
Si se disuelven cantidades iguales de NaOH y HCl, la base y el ácido se neutralizan exactamente, dejando solo NaCl, efectivamente sal de mesa , en solución.
Se deben utilizar bases débiles, como bicarbonato de sodio o clara de huevo, para neutralizar cualquier derrame de ácido. Neutralizar derrames de ácido con bases fuertes, como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio , puede causar una reacción exotérmica violenta, y la base en sí puede causar tanto daño como el derrame de ácido original.
Las bases son generalmente compuestos que pueden neutralizar una cantidad de ácido. Tanto el carbonato de sodio como el amoníaco son bases, aunque ninguna de estas sustancias contiene OH.−
grupos. Ambos compuestos aceptan H + cuando se disuelven en disolventes próticos como el agua:
A partir de esto, se puede calcular el pH , o acidez, para soluciones acuosas de bases.
Una base también se define como una molécula que tiene la capacidad de aceptar un enlace de un par de electrones al ingresar a la capa de valencia de otro átomo a través de la posesión de un par de electrones. [7] Existe un número limitado de elementos que tienen átomos con la capacidad de proporcionar a una molécula propiedades básicas. [7] El carbono puede actuar como base, así como el nitrógeno y el oxígeno . El flúor y, a veces, los gases raros también poseen esta capacidad. [7] Esto ocurre típicamente en compuestos como butil-litio , alcóxidos y amidas metálicas como la amida de sodio . Las bases de carbono, nitrógeno y oxígeno sin estabilización por resonancia suelen ser muy fuertes, o superbases , que no pueden existir en una solución acuosa debido a la acidez del agua. Sin embargo, la estabilización por resonancia permite bases más débiles como los carboxilatos; por ejemplo, el acetato de sodio es una base débil .
Una base fuerte es un compuesto químico básico que puede eliminar un protón (H + ) de (o desprotonar ) una molécula incluso de un ácido muy débil (como el agua) en una reacción ácido-base. Ejemplos comunes de bases fuertes incluyen hidróxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos, como NaOH y Ca(OH).
2, respectivamente. Debido a su baja solubilidad, algunas bases, como los hidróxidos alcalinotérreos, pueden usarse cuando no se tiene en cuenta el factor de solubilidad. [8]
Una ventaja de esta baja solubilidad es que "muchos antiácidos eran suspensiones de hidróxidos metálicos como el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio"; [9] compuestos con baja solubilidad y capacidad de detener un aumento en la concentración del ion hidróxido, previniendo el daño de los tejidos de la boca, el esófago y el estómago. [9] A medida que la reacción continúa y las sales se disuelven, el ácido del estómago reacciona con el hidróxido producido por las suspensiones. [9]
Las bases fuertes se hidrolizan en agua casi por completo, lo que produce el efecto nivelador ". [7] En este proceso, la molécula de agua se combina con una base fuerte, debido a la capacidad anfótera del agua; y se libera un ion hidróxido. [7] Muy Las bases fuertes pueden incluso desprotonar grupos C – H muy débilmente ácidos en ausencia de agua. Aquí hay una lista de varias bases fuertes:
Los cationes de estas bases fuertes aparecen en el primer y segundo grupo de la tabla periódica (metales alcalinos y alcalinotérreos). Los hidróxidos de amonio tetraalquilados también son bases fuertes ya que se disocian completamente en agua. La guanidina es un caso especial de una especie que es excepcionalmente estable cuando se protona, de forma análoga a la razón por la que el ácido perclórico y el ácido sulfúrico son ácidos muy fuertes.
Los ácidos con ap K a mayor que aproximadamente 13 se consideran muy débiles y sus bases conjugadas son bases fuertes.
Las sales del grupo 1 de carbaniones , iones amida e hidruros tienden a ser bases aún más fuertes debido a la extrema debilidad de sus ácidos conjugados, que son hidrocarburos, aminas y dihidrógeno estables. Por lo general, estas bases se crean agregando metales alcalinos puros, como el sodio, al ácido conjugado. Se llaman superbases y es imposible mantenerlas en soluciones acuosas porque son bases más fuertes que el ion hidróxido (ver el efecto nivelador ). Por ejemplo, el ion etóxido (base conjugada de etanol) sufre esta reacción cuantitativamente en presencia de agua. [10]
Ejemplos de superbases comunes son:
Las superbases más fuertes se sintetizan únicamente en fase gaseosa:
Una base débil es aquella que no se ioniza completamente en una solución acuosa , o en la que la protonación es incompleta. Por ejemplo, el amoníaco transfiere un protón al agua según la ecuación [11]
La constante de equilibrio para esta reacción a 25 °C es 1,8 x 10 −5 , [12] de modo que el alcance de la reacción o el grado de ionización es bastante pequeño.
Una base de Lewis o donante de pares de electrones es una molécula con uno o más pares de electrones solitarios de alta energía que pueden compartirse con un orbital vacante de baja energía en una molécula aceptora para formar un aducto . Además de H + , los posibles aceptores de pares de electrones (ácidos de Lewis) incluyen moléculas neutras como BF 3 e iones metálicos de alto estado de oxidación como Ag 2+ , Fe 3+ y Mn 7+ . Los aductos que involucran iones metálicos generalmente se describen como complejos de coordinación . [13]
Según la formulación original de Lewis , cuando una base neutra forma un enlace con un ácido neutro, se produce una condición de estrés eléctrico. [7] El ácido y la base comparten el par de electrones que antiguamente pertenecía a la base. [7] Como resultado, se crea un alto momento dipolar, que sólo puede reducirse a cero reorganizando las moléculas. [7]
Ejemplos de bases sólidas incluyen:
Dependiendo de la capacidad de una superficie sólida para formar con éxito una base conjugada absorbiendo un ácido eléctricamente neutro, se determina la fuerza básica de la superficie. [15] El "número de sitios básicos por unidad de superficie del sólido" se utiliza para expresar cuánta fuerza básica se encuentra en un catalizador de base sólida. [15] Los científicos han desarrollado dos métodos para medir la cantidad de sitios básicos: uno, la titulación con ácido benzoico utilizando indicadores y la adsorción de ácido gaseoso. [15] Un sólido con suficiente fuerza básica absorberá un indicador ácido eléctricamente neutro y hará que el color del indicador ácido cambie al color de su base conjugada. [15] Cuando se realiza el método de adsorción de ácido gaseoso, se utiliza óxido nítrico . [15] Los sitios básicos se determinan luego calculando la cantidad de dióxido de carbono que se absorbe. [15]
Las sustancias básicas se pueden utilizar como catalizadores heterogéneos insolubles para reacciones químicas . Algunos ejemplos son los óxidos metálicos como el óxido de magnesio , el óxido de calcio y el óxido de bario , así como el fluoruro de potasio sobre alúmina y algunas zeolitas . Muchos metales de transición son buenos catalizadores, muchos de los cuales forman sustancias básicas. Los catalizadores básicos se utilizan para la hidrogenación , la migración de dobles enlaces , la reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley , la reacción de Michael y muchas otras. Tanto CaO como BaO pueden ser catalizadores altamente activos si se calientan a altas temperaturas. [15]
Las bases con un solo ion hidróxido (OH − ) ionizable por unidad de fórmula se denominan monopróticas porque pueden aceptar un protón (H + ). Las bases con más de un OH- por unidad fórmula son polipróticas . [dieciséis]
El número de iones hidróxido (OH − ) ionizables presentes en una unidad fórmula de una base también se denomina acidez de la base. [17] [18] En función de la acidez, las bases se pueden clasificar en tres tipos: monoácidas, diaácidas y triácidas.
Cuando una molécula de una base mediante ionización completa produce un ion hidróxido , se dice que la base es una base monoácida o monoprótica . Ejemplos de bases monoácidas son:
Hidróxido de sodio , hidróxido de potasio , hidróxido de plata , hidróxido de amonio , etc.
Cuando una molécula de base mediante ionización completa produce dos iones hidróxido , se dice que la base es diácida o diprótica . Ejemplos de bases diácidas son:
Hidróxido de bario , hidróxido de magnesio , hidróxido de calcio , hidróxido de zinc , hidróxido de hierro (II) , hidróxido de estaño (II ) , hidróxido de plomo (II) , hidróxido de cobre (II) , etc.
Cuando una molécula de base mediante ionización completa produce tres iones hidróxido , se dice que la base es triácida o triprótica . Ejemplos de bases triácidas son:
Hidróxido de aluminio , hidróxido ferroso , trihidróxido de oro , [18]
El concepto de base surge de una noción alquímica más antigua de "la matriz":
El término "base" parece haber sido utilizado por primera vez en 1717 por el químico francés Louis Lémery , como sinónimo del antiguo término paracelso "matriz". De acuerdo con el animismo del siglo XVI , Paracelso había postulado que las sales naturales crecían dentro de la tierra como resultado de que un ácido universal o principio seminal hubiera impregnado una matriz o útero terrestre. ... Sin embargo, su significado moderno y su introducción general en el vocabulario químico se suelen atribuir al químico francés Guillaume-François Rouelle . ... En 1754 Rouelle definió explícitamente una sal neutra como el producto formado por la unión de un ácido con cualquier sustancia, ya sea un álcali soluble en agua, un álcali volátil, una tierra absorbente, un metal o un aceite, capaz de sirviendo de "base" para la sal "dándole una forma concreta o sólida". La mayoría de los ácidos conocidos en el siglo XVIII eran líquidos volátiles o "espíritus" capaces de destilarse, mientras que las sales, por su propia naturaleza, eran sólidos cristalinos. Por lo tanto, fue la sustancia que neutralizó el ácido la que supuestamente destruyó la volatilidad o espíritu del ácido y la que impartió la propiedad de solidez (es decir, dio una base concreta) a la sal resultante.
— William B. Jensen , El origen del término "base" [19]
La definición del diccionario de base en Wikcionario
![{\displaystyle K_{b}={\frac {[BH^{+}][OH^{-}]}{[B]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de7d95e634a1ba7312137590076cad060dafa085)
