Οι ενώσεις που παράγουν ανιόντα υδροξειδίου σε υδατικά διαλύματα ταξινομούνται ως «βάσεις κατ' Αρρένιους». Το οξεοβασικό πρότυπο κατ' Αρρένιους δεν εξηγεί τις βασικές ιδιότητες ορισμένων ενώσεων, όπως ηαμμωνία (ΝΗ3) καιοιοργανικέςαμίνες (RNH2)[1]. Αυτές οι ενώσεις (αμμωνία, αμίνες και άλλες παρόμοιες), όμως, μπορεί ναμην παρέχουν άμεσα ανιόντα υδροξυλίου, αν διαλυθούν σε νερό, αλλά αντιδρούν μετο τελευταίο (δηλαδή το νερό), δεσμεύοντας πρωτόνια από αυτό[2], σχηματίζοντας κατιόντα αμμωνίου (NH4+) και αυξάνοντας τησυγκέντρωσητων ανιόντων υδροξυλίου[2]. Η αμμωνία και άλλες βάσεις με ανάλογη συμπεριφορά, που δεσμεύοντας πρωτόνια από άλλα χημικά είδη, το κάνουν διαθέτοντας ένα (τουλάχιστον) μονήρες ζεύγος ηλεκτρονίων[2]. Οι ενώσεις που δεσμεύουν πρωτόνια από άλλα χημικά είδη ταξινομούνται ως «βάσεις κατά Μπρόνστεντ - Λόυρυ». Τέλος υπάρχει καιη γενικότερη όλων οξεοβασική θεωρία, που ορίζει οξέα και βάσεις κατά Λιούις, σύμφωνα μετην οποία «βάσεις είναι οιχημικές ουσίεςπου είναι δότες ζεύγους ηλεκτρονίων»[3].
Στο ίδιο το νερό υπάρχει μιαχημική ισορροπίααυτοϊονισμούτου. Οι (υδατοδιαλυτές) βάσεις δίνουν υδατικά διαλύματα στα οποία η συγκέντρωση και επομένως η δραστικότητα των κατιόντων υδρογόνου είναι μικρότερη σε σύγκριση με αυτήν στο χημικά καθαρό νερό. Πιο συγκεκριμένα, τα υδατικά διαλύματα βάσεων έχουν pH>7,0, όπου το 7,0 είναι το pH του χημικά καθαρού νερού. Κάποια μεταλλικάοξείδια, υδροξείδια και ιδιαίτερα τααλκοξείδια είναι βασικά. Επίσης, τα συζυγή ανιόντας ασθενών οξέων είναι ασθενείς βάσεις.
Οι βάσεις μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι τα χημικά αντίθετα των οξέων. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ακόμη και κάποια ισχυρά οξέα είναι δυνατό να δράσουν, υπό κάποιες συνθήκες, και ως βάσεις[4]. Οι βάσεις καιτα οξέα θεωρούνται συχνά ως αντίθετα είδη, γιατί το αποτέλεσμα της δράσης ενός οξέος σε υδατικό του διάλυμα είναι να αυξήσει τη συγκέντρωση των κατιόντων υδροξωνίου (H3O+), ενώ οι βάσεις αντιστοίχως τείνουν να μειώνουν αυτήν τη συγκέντρωση. Η αντίδραση ανάμεσα σε ένα οξύ καισε μία βάση ονομάζεται «εξουδετέρωση». Σεμια κλασική αντίδραση εξουδετέρωσης, ένα υδατικό διάλυμα βάσης αντιδρά με ένα υδατικό διάλυμα οξέος, συμπαράγοντας άλας και νερό. Αντο υδατικό διάλυμα γίνει κορεσμένο ως προς το αναφερόμενο άλας, τότε κάθε επιπλέον ποσότητα του άλατος καθιζάνει.
Οι βάσεις ονομάσθηκαν έτσι επειδή "κατά κανόνα" αυτές (με εξαίρεση τηναμμωνίακαιτα παράγωγά της) αποτελούν τομηπτητικό μέρος των αλάτων. Κατά τη θέρμανση των αλάτων, σε ψηλές θερμοκρασίες, τις περισσότερες των περιπτώσεων, το όξινο, δηλαδή το ηλεκτραρνητικό συστατικό τους εξατμίζεται, ενώ το θετικό, ως ανθεκτικότερο, παραμένει ως υπόλειμμα χαρακτηριζόμενο ως «βάση του άλατος». Η έννοια της βάσεως επεκτείνεται και πέραν τωναλκαλίων αφού στις βάσεις περιλαμβάνονται και πολλές άλλες ενώσεις όπως οξείδια μολύβδου, ψευδαργύρου, σιδήρου κ.ά.
Πολλές επίσης φορές χρησιμοποιείται στην αλκαλική αντίδραση ο όρος βασική αντίδραση. Ακόμα καιη καυστική αμμωνία χαρακτηρίζεται ως βάση και ας είναι πτητικότερη του οξέος μετο οποίο φέρεται ενωμένη στα διάφορα αμμωνιακά άλατα.
Η λέξη "base" στααγγλικάκαιγαλλικά προέρχεται από την ελληνική λέξη " βάση". Χρησιμοποιείται από τον 18ο αιώνα, μάλλον γιατί οι βάσεις, όταν αντιδρούν με οξέα δίνουν τα "βασικά" συστατικά της γης, τα άλατα. Μέχρι τότε οι γνωστές βάσεις ήταν μόνο τα υδροξείδια των "αλκαλίων", δηλαδή του νατρίου καιτου καλίου. Αυτός είναι ο λόγος που πολλές φορές χρησιμοποιείται ο όρος "αλκαλικός" αντί του όρου "βασικός". Μετη σειρά της η λέξη "αλκάλιο" προέρχεται από το αραβικό "al-qily", που σημαίνει "πυρώνω σε μεταλλικό σκεύος" ή "οι ασβεστωμένες στάχτες φυτών". Οι 'Άραβες ανακάτευαν τις στάχτες με νερό, σούρωναν το μείγμα και προέκυπτε η "αλισίβα", ένα διάλυμα ανθρακικού νατρίου και ανθρακικού καλίου. Όταν η αλισίβα ανακατεύονταν με ασβέστη προέκυπτε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου, των στοιχείων δηλαδή που ονομάζουμε "αλκάλια". Στη συνέχεια χρησιμοποιούσαν τα αλκάλια γιατην παρασκευή σαπουνιών. Έχουν μάλιστα βρεθεί στον Ισλαμικό χώρο πολλά γραπτά κείμενα με συνταγές παρασκευής σαπουνιού.
Ως Βάσεις χαρακτηρίζονται οι χημικές ενώσεις που παρουσιάζουν σύνολο κοινών χημικών ιδιοτήτων που είναι γνωστό ως "βασικός ή αλκαλικός χαρακτήρας" ή "βασική ή αλκαλική αντίδραση".
Στη Χημεία τρεις υπήρξαν οι επικρατέστερες θεωρίες γιατον ορισμό των βάσεων (κατά χρονολογική σειρά), η θεωρία τουΑρρένιους, η θεωρία των Μπρόστεντ και Λόρυ καιη θεωρία του Λιούις.
Η θεωρία για της βάσεις αποτελεί μέρος της ευρύτερης θεωρίας του Αρρένιους (Arrhenius) με τίτλο "θεωρία της ηλεκτρολυτικής διάστασης". Σύμφωνα μ' αυτή, βάσεις είναι οι ηλεκτρολύτες που είναι είτε ετεροπολικές (ιοντικές) είτε ομοιοπολικές ενώσεις καιοι οποίες κατά τη διάλυσή τους στο νερό διίστανται (δηλ. "διασπώνται") και παρέχουν ανιόνταυδροξυλίου (ΟΗ-)καικατιόνταμετάλλων ή θετικών πολυατομικών ιόντων (π.χ. NH4+).
Όταν η βάση είναι ιοντική ένωση, έχει τον γενικό τύπο M(OH)x όπου Μ = μέταλλο και x = αριθμός οξείδωσηςτου μετάλλου. Το x μπορεί να πάρει τις τιμές 1, 2 ή 3. Σ'αυτή την περίπτωση, γιατον "διαχωρισμό" της ένωσης σε ιόντα, χρησιμοποιείται συνήθως ο όρος "διάσταση". π.χ. ΚΟΗ, Ca(OH)2, Fe(OH)3κ.ά.
Η σημαντικότερη ανόργανη ομοιοπολική βάση είναι ηαμμωνία (ΝΗ3). Οργανικές ενώσεις που είναι βάσεις περιέχουν μία η περισσότερες αμινοομάδες (-ΝΗ2). Σ'αυτή την περίπτωση, γιατην εμφάνιση ιόντων στο υδατικό διάλυμα της βάσης, χρησιμοποιείται ο όρος "ιοντισμός" αφού οι ομοιοπολικές βάσεις δεν περιέχουν εξαρχής ιόντα (όπως τα υδροξείδια των μετάλλων που λέγονται και ιονοφόροι ηλεκτρολύτες) αλλά τα εμφανίζουν όταν βρεθούν σεδιάλυμα (γι' αυτό λέγονται και ιονογενείς ηλεκτρολύτες).
Επομένως, σύμφωνα μετη θεωρία του Αρρένιους, η ύπαρξη τουνερού είναι απαραίτητη προϋπόθεση γιανα εμφανιστεί ο βασικός χαρακτήρας μιας ουσίας. Π.χ. κατά τη διάλυση τουυδροξειδίου του νατρίουστο νερό λαμβάνει χώρα η ηλεκτρολυτική διάσταση:
Σύμφωνα μ' αυτήν βάσεις είναι μόρια ή ιόντα που μπορούν να δεχθούν ένα πρωτόνιο από ένα άλλο μόριο ή ιόν που μπορεί να αποδώσει το πρωτόνιο (οξύ). Αυτή η ανταλλαγή πρωτονίων αναφέρεται ως "πρωτολυτική αντίδραση".
Δηλαδή οι βάσεις είναι πρωτονιοδέκτες ανεξάρτητα από τοαν βρίσκονται σεδιάλυμα ή είναι σεστερεή, υγρή ή αέρια μορφή. Έτσι, τα υδροξείδια των μετάλλων δεν θεωρούνται βάσεις κατά την άποψη των Brönsted-Lowry αλλά ιοντικές ενώσεις που περιέχουν ΟΗ-πουδρα ως βάση. Σύμφωνα μετην ίδια θεωρία, ταοξείδιατων μετάλλων (ή βασικά οξείδια ή ανυδρίτες βάσεωνπ.χ. Na2O) περιέχουν O2-πουδρα ως βάση δηλ. ως πρωτονιοδέκτης. Αλλά καιη αμμωνία σε υδατικό διάλυμα καιστην αέρια φάση θεωρείται βάση κατά Brønsted-Lowry αφού δρα ως πρωτονιοδέκτης.
Στην πρωτολυτική αντίδραση :
O2- + H3O+ → ΗOH + ΗOH
μεταφέρεται ένα πρωτόνιο από τοΗ3Ο+ (οξώνιο ή υδροξώνιο) στοΟ2-. Έχουμε έτσι το συζυγές ζεύγος οξέος-βάσης Η3Ο+ - ΗΟΗκαιτο συζυγές ζεύγος οξέος-βάσης ΗΟΗ - Ο2-.
Στην αντίδραση που γίνεται στην αέρια φάση :
NH3 + HCl → NH4+ + Cl-
ένα πρωτόνιο μεταφέρεται από το HCl στηνΝΗ3 οπότε δημιουργούνται συζυγή ζεύγη οξέος-βάσης NH4+ - NH3και HCl - Cl-.
Μιά ουσία μπορεί ναδρα άλλοτε ως βάση και άλλοτε ως οξύ ανάλογα με ποιάν ουσία αντιδρά κάθε φορά. Έτσι, τοΗ2Ο μπορεί να δράσει και ως οξύ (κατά Brønsted και Lowry) αλλά και ως βάση. Τέτοιες ενώσεις με διπλή δράση λέγονται αμφολύτες ή επαμφοτερίζοντα σώματα[5] σώματα. Ειδικά το νερό που μπορεί να αυτοϊονιστεί χαρακτηρίζεται και ως αμφιπρωτικό[6] σώμα.
Σύμφωνα με αυτήν, βάση είναι μόριο ή ιόν που συμπεριφέρεται σαν δότης ασύζευκτου (δηλ. όχι δεσμευμένου σε χημικό δεσμό) ζεύγους ηλεκτρονίων (ηλεκτρονιοδότης).Το ζεύγος αυτό θα μεταφερθεί σε έναν ηλεκτρονιοδέκτη (οξύ) ασύζευκτου ζεύγους που ενώνεται τελικά μεημιπολικό δεσμόμετη βάση. Οι βάσεις θεωρούνται δηλαδή πυρηνόφιλα αντιδραστήρια.
Έτσι, οι ενώσεις του τύπου M(OH)x, τα κανονικά οξείδια των μετάλλων (π.χ. CaO) όπως καιηΝΗ3 είναι βάσεις κατά Lewis σε όλες τις φυσικές καταστάσεις καισε διάλυμα αφού το υδροξύλιο (ΟΗ-), το ανιόν οξυγόνου (Ο2-) καιτο άτομο τουαζώτου (Ν) διαθέτουν ασύζευκτο (ή ασύζευκτα) ζεύγος ηλεκτρονίων γιατον σχηματισμό ημιπολικού δεσμού όχι μόνο με πρωτόνιο αλλά καιμε άλλα σώματα :
Στην αντίδραση:
Cu2+ + 4 :NH3 → [Cu(NH3)4]2+
αλλά καιστην
BF3 + :NH3 → F3B:NH3
ηΝΗ3δρα ως βάση κατά Lewis αφού είναι ηλεκτρονιοδότης (: = ασύζευκτο ζεύγος ηλεκτρονίων) Στην αντίδραση:
Σεετεροπολικές (π.χ. υδροξείδιο του καλίου, KOH), καιομοιοπολικές (π.χ. αμμωνία, ΝΗ3).
Σεισχυρές, αν ιοντίζονται πλήρως καισεασθενείς, αν ιοντίζονται εν μέρει. Ισχυρές είναι όλες οι ετεροπολικές βάσεις (υδροξείδια και οξείδια των μετάλλων ) π.χ. KOH → K+ + OH-και ασθενείς είναι οι ομοιοπολικές βάσεις π.χ. NH3 + H2Ο ⇆ NH4+ + OH-
Ο Pearson (1963) υποδιαιρεί τα οξέα και τις βάσεις κατά Lewis σεσκληράκαιήπια ή μαλακά. Οι σκληρές βάσεις προέρχονται από άτομα μικρού ατομικού αριθμού με μικρή επιδεκτικότητα πόλωσης, ενώ οι μαλακές από άτομα μεγάλου ατομικού αριθμού με μεγάλη επιδεκτικότητα πόλωσης και συνήθως περιέχουν d ηλεκτρόνια. Σκληρές βάσεις είναι οι OH-, F-, RO-, Cl-[7]κ.ά. Μαλακές είναι οι RS-, I-, CN-, R-, C6H6κ.ά.
Σεμονόξινεςαν αποδίδουν ένα ΟΗ- (π.χ. ΚΟΗ, ΝΗ3κ.ά.), καισεπολυόξινες (αν αποδίδουν περισσότερα ΟΗ-π.χ. Βa(OH)2).
Σεευδιάλυτεςκαιδυσδιάλυτες. Οι ευδιάλυτες βάσεις διαλύονται εύκολα στο νερό. Αυτές είναι κυρίως οι NaOH, ΚΟΗ, Βa(OH)2, ΝΗ3καιοι οργανικές βάσεις. Λίγο διαλυτό είναι το Ca(OH)2[8]. Δυσδιάλυτες είναι όλα τα υπόλοιπα υδροξείδια και όλα τα οξείδια των μετάλλων. Σ'αυτή την περίπτωση ο βασικός χαρακτήρας του διαλύματος αναφέρεται στην ποσότητα της ουσίας που είναι εν διαλύσει. Δηλ. αν προστεθεί στο νερό μικρή ποσότητα μιας δυσδιάλυτης βάσης π.χ. υδροξείδιο του μαγγανίου, Mn(OH)2, τότε ένα μικρό μέρος διαλύεται οπότε : Mn(OH)2(aq) → Mn2+(aq) + OH-(aq). Το υπόλοιπο μέρος του Mn(OH)2 παραμένει αδιάλυτο και μεταξύ διαλυμένου και αδιάλυτου επικρατεί ετερογενής ισορροπία : Mn(OH)2(s) ⇆ Mn(OH)2(aq).[9].
Οι βάσεις όταν βρεθούν σε υδατικό διάλυμα παρουσιάζουν ένα σύνολο κοινών ιδιοτήτων που λέγεται βασικός (ή αλκαλικός) χαρακτήρας ή βασική (ή αλκαλική) αντίδραση :
α) Έχουν καυστική γεύση.
β) Έχουν αφή σαπωνοειδή.
γ) Αλλάζουν ομοιόμορφα το χρώμα τωνδεικτών. Εξαίρεση αποτελούν πολύ ασθενείς βάσεις, οι οποίες δεν μπορούν να αλλάξουν το χρώμα δεικτών που αλλάζει σε πολύ υψηλό pH. (π.χ. οι αρωματικές αμίνες δεν μπορούν να αλλάξουν το χρώμα της αλιζαρίνης (μεταβολή χρώματος δείκτη σε pH 10,2-12,0)
δ) Αντιδρούν με βάσεις σύμφωνα μετο γενικό σχήμα : Οξύ + βάση → άλας + νερό. Η αντίδραση αυτή έχει επικρατήσει να ονομάζεται εξουδετέρωση (παρόλο που είναι σύμφωνη μόνο μετη θεωρία του Arrhenius) και έχει την αμφίδρομη ιοντική μορφή:
Η3Ο+ + ΟΗ- ⇆ 2Η2Ο
Με μοριακή μορφή μπορεί να γραφεί : NaOH + HCl → NaCl + H2Οε) Όταν ηλεκτρολύονται τα υδατικά τους διαλύματα ή τατήγματά τους, εκλύεται στην άνοδο αέριο οξυγόνο :
2OH- → 2e + 2OH → H2Ο + 1/2 O2↗
ζ) Τα υδατικά τους διαλύματα έχουν pH >7 στους 25 °C.
Οι ανόργανες βάσεις (κατά Arrhenius) του τύπου Μ(ΟΗ)x ονομάζονται μετο γενικό σχήμα : Υδροξείδιο τουΜ :
NaOH ⇒ υδροξείδιο του νατρίου (ή καυστικό νάτριο).
KOH ⇒ υδροξείδιο του καλίου (ή καυστικό κάλιο).
Ca(OH)2 ⇒ υδροξείδιο του ασβεστίου. Το υδατικό διάλυμα ονομάζεται και ασβεστόνερο.
Fe(OH)2 ⇒ υδροξείδιο του σιδήρου (ΙΙ) (ο σίδηρος έχει αριθμό οξείδωσης +2).
Fe(OH)3 ⇒ υδροξείδιο του σιδήρου (ΙΙΙ) (ο σίδηρος έχει αριθμό οξείδωσης +3).
Al(OH)3 ⇒ υδροξείδιο του αργιλίου κ.λ.π.
Η ένωση ΝΗ3 ονομάζεται αμμωνία.
Γιά τις οργανικές ενώσεις με βασικό χαρακτήρα ισχύει η συστηματική ονοματολογία της Διεθνούς Ένωσης Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (I.U.P.A.C).
Οι βάσεις που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι η αμμωνία καιτα υδροξείδια νατρίου, καλίου, ασβεστίου και βαρίου.
α) Όλα τα παραπάνω υδροξείδια παρασκευάζονται με απευθείας επίδραση νερού στο αντίστοιχο μέταλλο κατά το γενικό σχήμα : Μέταλλο + νερό → υδροξείδιο + υδρογόνο. π.χ. Na + H2Ο → NaOH + 1/2 H2.
β) Με επίδραση νερού στο αντίστοιχο οξείδιο κατά το γενικό σχήμα : Οξείδιο + νερό → Υδροξείδιοπ.χ. CaO + H2Ο → Ca(OH)2.
γ) ΗΝΗ3 παρασκευάζεται καταλυτικά απευθείας από τα στοιχεία της σε υψηλή θερμοκρασίακαιπίεση : N2 + 3H2 → 2ΝΗ3.
δ) Τα NaOH καιΚΟΗ παρασκευάζονται μεηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος NaCl και KCl αντίστοιχα.
ε) Με αντίδραση του τύπου "άλας + βάση → νέο άλας + νέα βάση" π.χ.
↑Lewis, Gilbert (1938). «Acids and Bases»(PDF). Journal of the Franklin Institute. σελίδες 293–313. Ανακτήθηκε στις 19 Φεβρουαρίου 2015.
↑Σύμφωνα μετην IUPAC : "Αμφολύτες ονομάζονται οι ουδέτερες ενώσεις που περιέχουν δύο κέντρα αντίθετων (μερικές φορές μη εντοπισμένων) ηλεκτρικών φορτίων και "επαμφοτερίζοντα σώματα είναι εκείνα πουδρουν άλλοτε ως οξέα και άλλοτε ως βάσεις". Στην ελληνική βιβλιογραφία οι δύο όροι συνήθως ταυτίζονται.
↑Επειδή κατά τον αυτοϊοντισμό τουτο νερό (αλλά και άλλοι διαλύτες όπως η αμμωνία) δραεν μέρει ως οξύ καιεν μέρει ως βάση, χαρακτηρίζεται και ως αμφολύτης ή και επαμφοτερίζον σώμα.
