鹼
提示：呢篇文講嘅唔係鹼性。
鹼，又叫鹽基或鹼基，係同酸相反嘅物質，溶喺水入面之後，味道帶苦，質感似番梘，同酸產生反應會變鹽同水，重可以將紅色石蕊試紙變藍色。
喺 1884 年，Svante Arrhenius 提出鹼係一種物質，喺水溶液入面會解離，形成氫氧離子 OH−。呢啲離子可以同氫離子（根據 Arrhenius 嘅講法，H+）反應，由酸嘅解離作用形成水，喺酸鹼反應入面。因此，鹼就係一種金屬氫氧化物，好似氫氧化鈉（NaOH）或者 氫氧化鈣（Ca(OH)2）噉。呢啲水溶液氫氧化物溶液都有啲特徵性質。佢哋摸落去係跣潺潺嘅，可以苦味[1]，而且會改變 pH 指示劑 嘅顏色（例如，將紅色石蕊試紙 變成藍色）。
喺水入面，通過改變水嘅自偶電離嘅化學平衡，鹼產生嘅溶液入面，氫離子嘅活度 (化學)低過喺純水入面嘅活度，即係話，喺標準狀況下，水嘅 pH 高過 7.0。如果一種可溶嘅鹼包含並且定量噉釋放 OH− 離子，佢就叫做鹼。金屬氧化物、氫氧化物，尤其係醇鹽都係鹼性嘅，而共軛鹼嘅弱酸係弱鹼。
鹼同酸俾人睇成係化學上嘅相反，因為酸嘅作用係增加水入面嘅水合氫離子（H3O+）濃度，而鹼就降低呢個濃度。酸同鹼嘅水溶液之間嘅反應叫做中和作用 (化學)，產生水同鹽 (化學)嘅溶液，其中鹽會分離成佢嘅組成離子。如果水溶液飽和咗某種溶質，任何額外嘅噉樣嘅鹽都會沉澱出溶液。
喺更廣義嘅 布朗斯特-勞里酸鹼理論（1923 年）入面，鹼係一種可以接受氫離子（H+）嘅物質——亦都叫做質子。呢個定義包括咗水性氫氧化物，因為 OH− 確實會同 H+ 反應形成水，所以 Arrhenius 鹼係布朗斯特鹼嘅一個子集。然而，仲有其他布朗斯特鹼會接受質子，例如氨（NH3）或者佢嘅有機衍生物 (化學)（胺）嘅水溶液。[2] 呢啲鹼唔包含氫氧根離子，但係都會同水反應，導致氫氧根離子濃度增加。[3] 此外，一啲非水溶劑包含布朗斯特鹼，佢哋會同溶劑化嘅質子反應。例如，喺液態氨入面，NH2− 係鹼性離子種類，佢會接受嚟自 NH4+ 嘅質子，NH4+ 係呢種溶劑入面嘅酸性物質。
G. N. Lewis 意識到，水、氨同埋其他鹼可以因為鹼擁有嘅未共用電子對而同質子形成鍵。[4] 喺路易斯理論入面，鹼係電子對供體，佢可以同電子受體共享一對電子，而電子受體就俾人描述為路易斯酸。[5] 路易斯理論比布朗斯特模型更廣義，因為路易斯酸唔一定係質子，但可以係另一個具有空嘅低位軌域嘅分子（或者離子），佢可以接受一對電子。一個值得注意嘅例子係[三氟化硼]。
其他定義嘅鹼同酸都喺過去提出過，但係今日唔常用。
性質
[編輯]鹼嘅一般性質包括：
- 濃縮或者強鹼對有機物有腐蝕性，並且會同酸性物質劇烈反應。
- 水溶液或者熔融嘅鹼會解離成離子並導電。
- 同酸鹼指示劑反應：鹼會將紅色石蕊試紙變成藍色，酚酞變成粉紅色，保持溴百里酚藍嘅天然藍色，並且將甲基橙變成黃色。
- 喺標準狀況下，鹼性溶液嘅 pH 大過七。
- 鹼係苦嘅。[6]
鹼同水之間嘅反應
[編輯]以下反應表示鹼（B）同水之間嘅一般反應，產生共軛酸（BH+）同共軛鹼（OH−）：[7]呢個反應嘅平衡常數 Kb 可以使用以下一般方程式搵到：[8]
![{\displaystyle K_{b}={\frac {[BH^{+}][OH^{-}]}{[B]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de7d95e634a1ba7312137590076cad060dafa085)
喺呢個方程式入面，鹼（B）同極強鹼（共軛鹼 OH−）競爭質子。[9] 因此，同水反應嘅鹼具有相對細嘅平衡常數值。[10] 當鹼具有較低嘅平衡常數值時，佢就比較弱。[11]
酸嘅中和作用
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鹼會同酸反應，喺水同酒精入面都以快速速率互相中和。[12] 當氫氧化鈉強鹼溶喺水入面嗰陣，佢會電離成氫氧根離子同鈉離子：
同樣噉，喺水入面，氯化氫酸形成水合氫離子同氯離子：
當兩種溶液混合嗰陣，H3O+ 同 OH- 離子結合形成水分子：
如果溶解咗等量嘅 NaOH 同 HCl，鹼同酸就會完全中和，只係喺溶液入面留低 NaCl，實際上係食鹽。
弱鹼，例如梳打粉或者蛋白，應該用嚟中和任何酸液溢出。用強鹼（例如氫氧化鈉或者氫氧化鉀）中和酸液溢出可能會引起劇烈嘅放熱反應，而且鹼本身可能會造成同原始酸液溢出一樣多嘅損害。
非氫氧化物嘅鹼性
[編輯]鹼通常係可以中和一定量酸嘅化合物。碳酸鈉同氨都係鹼，儘管呢啲物質都唔包含 OH- 基團。當呢兩種化合物溶喺質子溶劑（例如水）入面嗰陣，佢哋都會接受 H+：
由此，可以計算出鹼水溶液嘅 pH 或者酸度。
鹼仲定義為一種分子，佢能夠通過擁有一個電子對，通過進入另一個原子嘅價電子層嚟接受電子對鍵。[12] 有少量元素嘅原子具有提供分子鹼性性質嘅能力。[12] 碳可以充當鹼，氮同氧都可以。氟同埋有時稀有氣體都具有呢種能力。[12] 呢種情況通常發生喺丁基鋰、醇鹽同埋金屬酰胺（例如氨基鈉）等化合物入面。冇共振穩定作用嘅碳、氮同氧嘅鹼通常都非常強，或者係超強鹼，由於水嘅酸性，佢哋唔可以喺水溶液入面存在。然而，共振穩定作用使得較弱嘅鹼成為可能，例如羧酸鹽；例如，乙酸鈉 係一種弱鹼。
強鹼
[編輯]強鹼係一種鹼性化合物，佢可以從（或者「去質子化」）即使係非常弱嘅酸（例如水）嘅分子入面移除質子（H+），喺酸鹼反應入面。強鹼嘅常見例子包括鹼金屬同鹼土金屬嘅氫氧化物，例如 NaOH 同 Ca(OH)2。由於佢哋嘅低溶解度，一啲鹼（例如鹼土金屬氫氧化物）喺唔考慮溶解度因素嘅情況下都可以使用。[13]
呢種低溶解度嘅一個優點係「好多胃酸倒流藥都係金屬氫氧化物嘅懸浮液，例如氫氧化鋁同氫氧化鎂」；[14] 溶解度低並且能夠阻止氫氧根離子濃度增加嘅化合物，防止口腔、食道同胃入面嘅組織受到傷害。[15] 隨住反應繼續進行，鹽溶解，胃酸會同懸浮液產生嘅氫氧化物反應。[16]
強鹼幾乎完全喺水入面水解，導致拉平效應。[12] 喺呢個過程入面，由於水嘅兩性能力，水分子會同強鹼結合；並且，氫氧根離子會釋放出來。[12] 非常強嘅鹼甚至可以喺冇水嘅情況下去質子化非常弱嘅酸性 C–H 基團。以下係幾個強鹼嘅列表：
| 氫氧化鋰 | LiOH |
| 氫氧化鈉 | NaOH |
| 氫氧化鉀 | KOH |
| 氫氧化銣 | RbOH |
| 氫氧化銫 | CsOH |
| 氫氧化鎂 | Mg(OH)2 |
| 氫氧化鈣 | Ca(OH)2 |
| 氫氧化鍶 | Sr(OH)2 |
| 氫氧化鋇 | Ba(OH)2 |
| 氫氧化四甲基銨 | N(CH3)4OH |
| 胍 | HNC(NH2)2 |
呢啲強鹼嘅陽離子出現喺元素週期表嘅第一同第二族（鹼金屬同鹼土金屬）。四烷基銨氫氧化物都係強鹼，因為佢哋喺水入面完全解離。胍 係一種特殊情況，佢喺質子化嗰陣非常穩定，類似於高氯酸同硫酸成為非常強嘅酸嘅原因。
pKa 大過約 13 嘅酸俾人認為係非常弱嘅，而佢哋嘅共軛鹼係強鹼。
超強鹼
[編輯]碳負離子、酰胺離子同氫化物離子嘅第 1 族鹽往往係更強嘅鹼，因為佢哋嘅共軛酸極度弱，後者係穩定嘅碳氫化合物、胺同二氫。通常，呢啲鹼係通過將純鹼金屬（例如鈉）加入共軛酸入面嚟產生嘅。佢哋叫做「超強鹼」，而且唔可能將佢哋保持喺水溶液入面，因為佢哋比氫氧根離子更強鹼（睇拉平效應）。例如，乙醇離子（乙醇嘅共軛鹼）喺水嘅存在下定量噉經歷呢個反應。[17]
常見嘅超強鹼例子有：
- 丁基鋰 (n-C4H9Li)
- 二異丙基氨基鋰 (LDA) [(CH3)2CH]2NLi
- 二乙基氨基鋰 (LDEA) (C2HTemplate:Chem/17
- 氨基鈉 (NaNH2)
- 氫化鈉 (NaH)
- 雙(三甲基矽基)氨基鋰 [(CH3)Template:Chem/17
最強嘅超強鹼只喺氣相入面合成：
- 鄰-二乙炔基苯二陰離子 (C6H4(C2)2)2−（有史以來合成嘅最強超強鹼）
- 間-二乙炔基苯二陰離子 (C6H4(C2)2)2−（第二強超強鹼）
- 對-二乙炔基苯二陰離子 (C6H4(C2)2)2−（第三強超強鹼）
- 一氧化鋰陰離子 (LiO−) 喺二乙炔基苯二陰離子被創造之前俾人認為係最強嘅超強鹼。
弱鹼
[編輯]弱鹼係一種喺水溶液入面唔會完全電離嘅鹼，或者質子化作用唔完全嘅鹼。例如，氨 根據以下方程式將質子轉移到水：[18]
- NH3(aq) + H2O(l) → NH+4(aq) + OH−(aq)
喺 25 °C 嘅平衡常數係 1.8 x 10−5，[19] 因此反應程度或者電離度都非常細。
路易斯鹼
[編輯]路易斯鹼或者「電子對供體」係一種分子，佢具有一個或者多個高能量嘅孤對電子，可以同受體分子入面嘅低能量空軌域共享，形成加合物。除咗 H+ 之外，可能嘅「電子對受體」（路易斯酸）包括中性分子（例如 BF3）同高氧化態金屬離子（例如 Ag2+、Fe3+ 同 Mn7+）。涉及金屬離子嘅加合物通常俾人描述為配位化合物。[20]
根據 路易斯 嘅原始公式，當一個中性鹼同一個中性酸形成鍵嗰陣，就會出現電應力嘅情況。[12] 酸同鹼共享電子對，而電子對以前係屬於鹼嘅。[12] 因此，會產生高偶極矩，呢個偶極矩只可以通過重新排列分子嚟降低到零。[12]
固體鹼
[編輯]固體鹼嘅例子包括：
氧化物混合物：SiO2、Al2O3；MgO、SiO2；CaO、SiO2[21]
附載鹼：二氧化矽上嘅 LiCO3；氧化鋁上嘅 NR3、NH3、KNH2；二氧化矽上嘅 NaOH、KOH，喺氧化鋁上[21]
無機化學品：BaO、KNaCO3、BeO、MgO、CaO、KCN[21]
陰離子交換樹脂[21]
- 喺 900 攝氏度處理過或者用 N2O、NH3、ZnCl2-NH4Cl-CO2 激活嘅木炭[21]
根據固體表面通過吸收電中性酸成功形成共軛鹼嘅能力，可以確定表面嘅鹼強度。[22] 「固體嘅單位表面積上嘅鹼性位點數量」用於表示喺固體鹼催化劑上發現幾多鹼強度。[22] 科學家已經開發咗兩種方法嚟測量鹼性位點嘅數量：一種係使用指示劑同氣態酸吸附用苯甲酸滴定。[22] 具有足夠鹼性強度嘅固體會吸收電中性酸性指示劑，並導致酸性指示劑嘅顏色變成佢嘅共軛鹼嘅顏色。[22] 當執行氣態酸吸附方法嗰陣，會使用一氧化氮。[22] 然後通過計算吸收嘅二氧化碳量嚟確定鹼性位點。[22]
鹼作為催化劑
[編輯]鹼性物質可以用作不溶嘅非均相催化劑，用於化學反應。一啲例子係金屬氧化物，例如氧化鎂、氧化鈣同氧化鋇，以及氧化鋁上嘅氟化鉀同埋一啲沸石。好多過渡金屬都可以做良好嘅催化劑，其中好多會形成鹼性物質。鹼性催化劑用於氫化反應、雙鍵嘅遷移，喺Meerwein-Ponndorf-Verley 還原反應、Michael 加成反應同好多其他反應入面。如果將 CaO 同 BaO 加熱到高溫，佢哋都可以成為高活性嘅催化劑。[22]
鹼嘅用途
[編輯]- 氫氧化鈉用於製造肥皂、紙張同人造纖維人造絲。
- 氫氧化鈣（熟石灰）用於製造漂白粉。
- 氫氧化鈣仲用於清潔二氧化硫，二氧化硫係由發電廠同工廠入面嘅廢氣引起嘅。[23]
- 氫氧化鎂用作「制酸劑」，以中和胃入面過多嘅酸並治療消化不良。
- 碳酸鈉用作洗滌鹼，並用於軟化硬水。
- 碳酸氫鈉（或者碳酸氫鈉）用作烹飪食物嘅梳打粉，用於製作泡打粉，作為制酸劑治療消化不良，並喺梳打酸滅火器入面使用。
- 氫氧化銨用於去除衫上面嘅油漬
一元鹼同多元鹼
[編輯]每單位化學式只有一個可電離嘅 氫氧根（OH−）離子嘅鹼叫做「一元鹼」，因為佢哋可以接受一個質子（H+）。每單位化學式有多過一個 OH- 嘅鹼係「多元鹼」。[24]
鹼嘅一個化學式單位入面存在嘅可電離嘅 氫氧根（OH−）離子嘅數量亦都叫做鹼嘅「酸度」。[25][26] 根據酸度，鹼可以分為三種類型：一酸鹼、二酸鹼同三酸鹼。
一酸鹼
[編輯]
當鹼嘅一個分子通過完全電離產生一個氫氧根離子嗰陣，呢種鹼就叫做一酸鹼或者「一元鹼」。一酸鹼嘅例子有：
二酸鹼
[編輯]當鹼嘅一個分子通過完全電離產生兩個氫氧根離子嗰陣，呢種鹼就叫做二酸鹼或者「二元鹼」。二酸鹼嘅例子有：
氫氧化鋇、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋅、氫氧化亞鐵、氫氧化亞錫、氫氧化亞鉛、氫氧化銅等。
三酸鹼
[編輯]當鹼嘅一個分子通過完全電離產生三個氫氧根離子嗰陣，呢種鹼就叫做三酸鹼或者「三元鹼」。三酸鹼嘅例子有：
詞源
[編輯]「鹼」嘅概念源自更古老嘅煉金術「基質」概念：
睇埋
[編輯]參考文獻
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Zumdahl, Steven; DeCoste, Donald (2013). Chemical Principles (第7版). Mary Finch.
外部連結
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