B6.4 Basestyrke
Ammoniakvand og soda er begge basiske, men ingen af dem indeholder hydroxid fra start. Hydroxidionerne opstår først, når basen reagerer med vandet. Hvor mange der dannes, afhænger af basens styrke.
Basestyrkekonstanten
En base, B, optager en hydron fra vand. Der dannes basens korresponderende syre, S, og en hydroxidion:
B(aq) + H2O(l) ⇌ S(aq) + OH−(aq)
Ligevægtskonstanten kaldes basestyrkekonstanten, Kb. Vand er igen ikke med i brøken.
\[ K_\mathrm{b} = \frac{[\mathrm{S}] \cdot [\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{B}]} \]
For ammoniak ser det sådan ud:
NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH−(aq)
\[ K_\mathrm{b} = \frac{[\mathrm{NH_4^+}] \cdot [\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{NH_3}]} = 1{,}78 \cdot 10^{-5}\ \mathrm{M} \]
Ligesom for syrer bruger man basestyrkeeksponenten, pKb:
\[ \mathrm{p}K_\mathrm{b} = -\log K_\mathrm{b} \qquad\qquad K_\mathrm{b} = 10^{-\mathrm{p}K_\mathrm{b}}\ \mathrm{M} \]
For ammoniak er pKb = 4,75. Jo lavere pKb er, jo stærkere er basen. Baserne inddeles på samme måde som syrerne: en stærk base har pKb under 0, en middelstærk mellem 0 og 4 og en svag mellem 4 og 10.
Stærke og svage baser
Den vigtigste stærke base er hydroxidionen, OH−. Den findes i ionforbindelser som natriumhydroxid, NaOH, og kaliumhydroxid, KOH. Når de opløses i vand, bliver alle hydroxidionerne frie med det samme.
| Base | Formel | pKb | Slags |
|---|---|---|---|
| hydroxid | OH− | stærk | |
| carbonat | CO32− | 3,67 | middelstærk |
| ammoniak | NH3 | 4,75 | svag |
| hydrogencarbonat | HCO3− | 7,65 | svag |
| ethanoat | CH3COO− | 9,24 | svag |
Aminerne fra afsnit B4.6 er baser af samme grund som ammoniak: nitrogenatomet har et frit elektronpar, som kan binde en hydron. De fleste aminer har pKb mellem 3 og 5 og er altså lidt stærkere baser end ammoniak.
Syren og dens base hænger sammen
En syre og dens korresponderende base har hver sin konstant, men de to tal er bundet til hinanden. Ganger man udtrykket for Ks med udtrykket for Kb, går [S] og [B] ud mod hinanden:
\[ K_\mathrm{s} \cdot K_\mathrm{b} = \frac{[\mathrm{B}] \cdot [\mathrm{H_3O^+}]}{[\mathrm{S}]} \cdot \frac{[\mathrm{S}] \cdot [\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{B}]} = [\mathrm{H_3O^+}] \cdot [\mathrm{OH^-}] \]
Det, der står tilbage, er vands ionprodukt. For et korresponderende syre-basepar gælder derfor
\[ K_\mathrm{s} \cdot K_\mathrm{b} = K_\mathrm{v} \qquad\qquad \mathrm{p}K_\mathrm{s} + \mathrm{p}K_\mathrm{b} = 14{,}00 \]
Kender man syrens styrke, kender man altså også basens.
En stærk syre har en korresponderende base, der er så svag, at den slet ikke reagerer med vand. Chloridionen, Cl−, er et eksempel. En svag syre som ethansyre har en korresponderende base, der også er svag, men som godt kan mærkes.
Er en saltopløsning sur eller basisk?
Et salt består af en positiv og en negativ ion. Når saltet opløses i vand, kan hver af de to ioner være en syre, en base eller ingen af delene. Det afgør opløsningens pH.
Sådan vurderer du et salt:
- Del saltet i dets to ioner.
- Se på hver ion for sig. Er den korresponderende base til en stærk syre, fx Cl− eller NO3−, reagerer den ikke med vand. Det gør metalioner som Na+ og K+ heller ikke.
- Er en af ionerne en svag syre eller en svag base, bestemmer den pH. NH4+ er en svag syre og gør opløsningen sur. CH3COO− er en svag base, og CO32− er en middelstærk base. Begge gør opløsningen basisk.
| Salt | Ioner | Opløsningen er |
|---|---|---|
| natriumchlorid, NaCl | Na+ og Cl− | neutral |
| ammoniumchlorid, NH4Cl | NH4+ og Cl− | svagt sur |
| natriumethanoat, CH3COONa | Na+ og CH3COO− | svagt basisk |
| natriumcarbonat, Na2CO3 | Na+ og CO32− | basisk |
Det forklarer, hvorfor soda, Na2CO3, kan bruges til rengøring, og hvorfor en opløsning af natriumethanoat er basisk, selv om saltet er lavet af en syre.