În chimie, o bază se referă la orice substanță care eliberează ioni de hidroxid (OH-) atunci când este dizolvată în apă sau într-o soluție apoasă. Cu toate acestea, multe baze nu transportă cu ușurință ioni de hidroxid, dar și acestea produc niveluri ridicate de OH- atunci când sunt tratate cu apă. Acest tip de reacție poate fi observat atunci când amoniacul este tratat cu apă pentru a produce amoniu și hidroxid.
Bazele au, de asemenea, caracteristici fizice distinctive; de exemplu, au un gust amar (acizii sunt acri) și dau o senzație de alunecare la atingere. Bazele sunt esențiale și reprezintă un ingredient vital în anumite industrii. Ele sunt utilizate pentru fabricarea hârtiei, a săpunului și a raionului sintetic, a prafului de albire, a antiacidului etc. Deși în general sunt considerate opusul chimic al acizilor, există câțiva acizi cunoscuți care se pot comporta exact ca bazele în anumite circumstanțe.
La fel ca și acizii, și bazele pot fi fie puternice, fie slabe. O bază puternică este pur și simplu un compus chimic care se descompune (disociază) complet în apă și produce ionul hidroxid. Exemple comune de baze puternice sunt NaOH (hidroxid de sodiu) și Ca(OH)2 (hidroxid de calciu). În schimb, o bază slabă se disociază în apă doar într-o anumită măsură.
Superbază
Superbazele sunt compuși chimici puternici care au o afinitate extrem de mare pentru protoni și sunt mai puternice decât ionul de hidrogen. Superbazele sunt utilizate pentru a realiza sinteza organică și reprezintă o componentă importantă a chimiei organice fizice.
Termenul de superbază nu este nou și este folosit de mai bine de un secol și jumătate. Deoarece superbazele sunt susceptibile la o reacție violentă, atunci când intră în contact cu apa sau dioxidul de carbon, este necesar un solvent special pentru realizarea reacțiilor chimice. Superbazele pot fi clasificate în trei tipuri: organice, anorganice și organometalice. Mai jos este o listă cu cele mai puternice 10 baze de pe Pământ.
10. Hidroxid de litiu
Formulă chimică: LiOH
Prima în listă este hidroxidul de litiu, o substanță cristalină albă (în formă anhidră) cu un nivel ridicat de solubilitate în apă și cu un caracter coroziv. Este, de asemenea, cel mai slab dintre toate hidroxizii de metale alcaline cunoscute. Hidroxidul de litiu este produs prin inducerea unei reacții între hidroxidul de calciu și carbonatul de litiu într-o reacție de metateză a sării.
Li2CO3 + Ca(OH)2 → 2 LiOH + CaCO3
O cantitate mare de LiOH este utilizată la fabricarea săpunurilor de litiu. O altă utilizare importantă a hidroxidului de litiu se face în sistemele de ventilație ale submarinelor și ale navelor spațiale pentru a anula dioxidul de carbon prin crearea de apă și carbonat de litiu.
2 LiOH +CO2 → Li2CO3 +H2O
De asemenea, este utilizat ca măsură de control al coroziunii în reactoarele nucleare (reactor cu apă sub presiune) și ca electrolit pentru baterii.
9. Hidroxid de sodiu
Un model de lucru al procesului de clorură alcalină sau al electrolizei cloralcaline
Formulă chimică: NaOH
Hidroxidul de sodiu, cunoscut sub denumirea populară de sodă caustică, este un compus ionic care conține cationi de sodiu Na+ și anioni de hidroxid OH-. NaOH este cunoscut pentru natura sa extrem de corozivă, în special la temperatura camerei, deoarece poate descompune rapid proteinele. Este capabil să atragă (să absoarbă)CO2 și umiditatea din aer.
Hidroxidul de sodiu este utilizat în mare măsură pentru obținerea de pastă chimică în industria hârtiei. Printre alte aplicații ale sale se numără fabricarea săpunurilor și a detergenților, prelucrarea alimentelor brute, fabricarea cimentului și instalațiile de tratare a apei pentru a neutraliza valorile pH-ului apei. De asemenea, este utilizat din când în când în industria petrolieră pentru a neutraliza acizii și a crește nivelul de alcalinitate al unei anumite soluții.
În antichitate, NaOH era produs prin tratarea hidroxidului de calciu cu carbonat de sodiu. Până în secolul al XIX-lea, acesta a fost înlocuit de procedeul Solvay, care a fost folosit pentru a produce carbonat de sodiu, o alternativă ieftină la NaOH. În prezent, cea mai mare parte a hidroxidului de sodiu industrial este creată prin procesul de clorură alcalină.
8. Hidroxidul de potasiu
Hidroxid de potasiu
Formulă chimică: KOH
Mulți dintre dumneavoastră pot recunoașteți hidroxidul de potasiu drept potasă caustică, o substanță albă solidă, cunoscută pentru natura sa extrem de corozivă. Similar cu hidroxidul de sodiu, KOH este incolor (disponibil în comerț în culoarea albă) și o bază puternică prin excelență.
În timp ce hidroxidul de potasiu și hidroxidul de sodiu pot fi folosite interschimbabil în diverse scopuri, majoritatea industriilor folosesc NaOH, deoarece este cel mai ieftin dintre cele două. Oricum, este folosit pentru a produce biodiesel, pentru fabricarea săpunurilor și ca electrolit în unele baterii.
Hidroxidul de potasiu pur este produs prin reacția hidroxidului de sodiu cu potasiu degradat sau impur. Compusul chimic este potențial periculos și provoacă arsuri ale pielii atunci când concentrația este mai mare de 2%. Orice concentrație între 0,5% și 2% poate provoca iritații grave.
7. Bis(trimetilsililil)amidă de litiu
Formulă chimică: C6H18LiNSi2
Litiu bis(trimetilsililil)amidă, sau LiHMDS pe scurt, este o superbază nenucleofilă, care are aplicații importante în laboratoare. Ca și alți reactivi de baze de litiu, poate forma compuși ciclici cu trimerul, un anion creat prin combinarea a trei ioni ai aceleiași substanțe. LiHMDS se prepară, de obicei, prin reacția bis(trimetilsililil)aminei cu butilithiu.
HN(SiMe3)2 + C4H9Li → LiN(SiMe3)2 + C4H10
6. Hidrură de sodiu
Formulă chimică: NaH
Hidrura de sodiu aparține unui grup special de hidruri cunoscute sub numele de hidruri saline/ionice (compuse din ioni Na+ și H-), care există sub formă de sare, spre deosebire de amoniac și apă. Este utilizată în mare parte ca bază în sinteza organică, deși sunt cunoscute și câteva utilizări nesemnificative ale NaH. Hidrura de sodiu este produsă prin reacția hidrogenului cu sodiu lichid.
Hidrura de sodiu pură este incoloră, dar mostrele comerciale pot avea un aspect cenușiu. În plus, NaH este cu aproximativ 40% mai densă decât compusul chimic precursor, sodiul.
În cazuri rare, compusul poate lua forma de “hidrură de sodiu inversă”, în care ionul de sodiu și ionul de hidrogen fac schimb de sarcini (Na- și H+). Na- este o alcalină, ceea ce face ca acest compus să fie mai energetic decât hidroxidul de sodiu standard (datorită deplasării nete mai mari între cei doi electroni).
NaH este de natură piroforică. De asemenea, reacționează violent cu apa și produce hidroxid de sodiu, o substanță corozivă, atunci când trece prin hidroliză.
5. Amida de sodiu
Formulă chimică: NaNH2
Azida de sodiu, cunoscută uneori sub numele de amidă de sodiu, este una dintre cele mai puternice baze cunoscute din lume. Este un compus chimic important, disponibil în comerț, care este utilizat în general în sinteza organică. NaNH2 conduce electricitatea (în stare topită), deoarece proprietățile sale de conductibilitate electrică sunt aproape similare cu cele ale hidroxidului de sodiu.
În timp ce hidroxidul de sodiu pur este, de obicei, alb, majoritatea NaNH2 disponibil în comerț are o culoare gri, din cauza prezenței impurităților sub formă de fier metalic. În mod obișnuit, amida de sodiu se prepară prin reacția amoniacului gazos cu sodiu.
2 Na + 2 NH3 → 2 NaNH2 +H2
Amida de sodiu este preferată în anumite tipuri de sinteză datorită funcțiilor sale de nucleofil. Este o substanță chimică potențial periculoasă, care trebuie manipulată cu mare precauție. Poate reacționa viguros cu apa, în special atunci când este prezentă sub formă solidă
4. Litiu diizopropilamidă
Formulă chimică: C6H14LiN
Următorul pe listă este diizopropilamida de litiu, o altă superbază nenucleofilă, cunoscută pentru natura sa foarte corozivă și pentru solubilitatea sa. În condiții normale, compusul se sintetizează prin tratarea soluției de diizopropilamină răcită (tetrahidrofuran) cu butilitoniu. Inutil să mai spunem că diizopropilamida de litiu este corozivă și piroforică, dar soluțiile comerciale sunt mult mai sigure.
3. Butillitiu
Imagine din curtoazie: Rockwood Lithium
Formulă chimică: C4H9Li
n-Butyllithium sau n-BuLi, pe scurt, este o superbază importantă din punct de vedere comercial, utilizată în principal ca catalizator pentru polimerizare în vederea producerii de cauciuc sintetic. Are utilizări și în industria farmaceutică. Deși butillitiul este în principal incolor, poate suferi modificări ușoare de culoare fie în contact cu alcanii, fie la îmbătrânire.
Pe lângă faptul că este o superbază, n-BuLi este un puternic agent reducător, precum și un nucleofil (o substanță chimică care donează o pereche de electroni pentru a forma o legătură). Butillitiul este în general produs prin reacția litiului cu 1-bromobutanul sau 1-clorobutanul.
2 Li + C4H9X→ C4H9Li+ LiX
Butillitiul este instabil și poate reacționa viguros cu apa și dioxidul de carbon, dar poate fi depozitat în condiții de siguranță sub gaz inert.
Citiți: Prima simulare a legăturilor chimice pe un calculator cuantic
2. Anionul monoxid de litiu
Formulă chimică: LiO–
Epa: 1782 kJ/mol-1
Anionul de monoxid de litiu a fost cândva cea mai puternică bază din lume înainte de a fi detronat în 2008. La fel ca alte superbaze, monoxidul de litiu se prepară într-un solvent aprotic și este, de asemenea, cunoscut pentru natura sa extrem de corozivă.
Sinteza anionului de monoxid de litiu este o procedură complicată și este dificil de realizat în mod controlat. De obicei, ca precursor se folosește o cantitate mică de oxalat de litiu (Li2C2O4), care trece prin procesul de ionizare prin electrospray. Compusul rezultat, anionul oxalat de litiu (LiC2O4), este izolat și apoi prelucrat cu disociere indusă prin coliziune de două ori.
Ca rezultat, obținem anionul monoxid de litiu (LiO-) și o moleculă de dioxid de carbon. Nu se cunoaște nicio utilizare a anionului de monoxid de litiu.
1. dianionul orto-dietilbenzenului
Prepararea dianionului de o-dietilbenzen
Formulă chimică: [C6H4(C2)2]2- [C6H4(C2)2]2-
Epa: 1843 kJ/mol
dianionul de orto-dietilbenzen este poate cea mai puternică bază cunoscută de noi. A fost inițial sintetizată/descoperită de un grup de cercetători din Australia, folosind spectrometria de masă.
Ca și alte superbaze, orto-dietilbenzen dianionul poate fi menținut doar în fază gazoasă. Aceasta oferă însă un mediu ideal pentru a măsura cu mai multă precizie nivelurile sale de bazicitate. Calculele au arătat că orto-dietilbenzen dianionul are o afinitate protonică de 1843 kJ/ mol-1 mult mai mare decât cea a hidroxidului (1.633,14 kJ/mol).
Citește și: Cei mai puternici 8 acizi cunoscuți vreodată de noi
Mai mult, orto-dietilbenzen dianionul are doi izomeri (cu aceeași formulă moleculară, dar cu structuri chimice diferite); Meta-dietilbenzen dianion și Para-dietilbenzen dianion, a doua și a treia cea mai puternică bază sintetizată vreodată. Ambii izomeri, inclusiv orto-dietilbenzen dianionul, nu au nicio utilizare cunoscută și există în stare gazoasă.
