Bas i kemi – definition, protonacceptor, pH och starka vs svaga baser

Bas i kemi är ett ämne som kan ta emot en vätejon (H+) från ett annat ämne. Enligt Brønsted–Lowry‑definitionen är en bas just en protonacceptor. En kemikalie kan ta emot en proton om den har en negativ laddning eller om molekylen innehåller en atom med relativt hög elektronrikedom (till exempel syre, kväve eller klor) som kan dela eller avge ett elektronpar för att binda protonen. Enligt Lewis‑definitionen är en bas ett ämne som kan donera ett elektronpar.

Protonacceptor och konjugerade syror

När en bas tar emot en proton bildas dess konjugerade syra. Exempelvis reagerar ammoniak enligt jämvikten:

NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH−

Här är NH3 bas (protonacceptor) och NH4+ dess konjugerade syra. Vatten kan både ta emot och avge protoner och är därför amphiprotiskt (kan agera både som syra och bas).

Starka vs svaga baser

Skillnaden mellan starka och svaga baser handlar om hur fullständigt de tar upp protoner (eller hur fullständigt de ger upp OH− i vatten):

Starka baser dissocierar i princip helt i vatten och ger stora mängder hydroxidjoner (OH−). Exempel: NaOH, KOH, Ca(OH)2 (i lösliga portioner).
Svaga baser reagerar endast delvis med vatten; jämvikten ligger till vänster och bara en del av basmolekylerna bildar OH−. Exempel: NH3, CH3NH2, pyridin.

Basstyrkan påverkas av faktorer som negativ laddning (anjoner är ofta mer basiska än neutrala molekyler), atomens elektronegativitet (lägre elektronegativitet ger ofta starkare bas), och löslighets- och solvanseffekter. För att kvantifiera styrkan används jämviktskonstanten Kb för en bas eller motsvarande pKa för dess konjugerade syra (stark bas ↔ svag konjugerad syra och vice versa).

pH, pOH och alkalinitet

pH är ett mått på vätjonkoncentrationen i en vattenlösning. Basiska lösningar har lägre [H+] och därmed högre pH än neutrala lösningar:

pH < 7: sur lösning
pH = 7: neutral lösning (rent vatten vid 25 °C)
pH > 7: basisk (alkalisk) lösning

Vid 25 °C gäller sambandet pH + pOH = 14, och pOH är ett mått på [OH−]. Observera att det exakta pH‑värdet för en basisk lösning beror på basens koncentration och dess Kb. Angivna intervall som "svaga baser 7–9 och starka baser 9–14" är grova tumregler för måttliga koncentrationer; vid högre koncentrationer kan svaga baser ge högre pH och utspädda starka baser kan ge lägre pH.

Konkreta exempel

NaOH (natriumhydroxid): stark bas, dissocierar fullständigt → ger höga [OH−] och högt pH.
KOH (kaliumhydroxid): stark bas, liknande NaOH.
Ca(OH)2 (kalciumhydroxid): stark bas där lösligheten begränsar [OH−].
NH3 (ammoniak): svag bas, reagerar med vatten enligt NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−.
HCO3− (vätekarbonat): exempel på amphotert ämne som kan agera både som syra och som bas beroende på omgivningen.

Säkerhet och hantering

Baser, särskilt starka baser som koncentrerad NaOH eller KOH, kan vara frätande och skada hud och ögon. Vid arbete med baser bör man använda skyddsglasögon, handskar och lämplig skyddsutrustning samt ha tillgång till rinnande vatten för att skölja vid stänk.

Mätning och tillämpningar

pH mäts med pH‑meter eller indikatorer (t.ex. fenolftalein vid titrering). Baser används i många industriprocesser, t.ex. vid tillverkning av tvål, pappersframställning, neutralisation av syror och i syntes av organiska föreningar.

Sammanfattningsvis är en bas ett protonacceptoriskt eller elektrondonerande ämne som höjer pH i vattenlösning. Basstyrkan beror både på kemisk struktur och på koncentration, och kunskap om konjugerade syror samt jämviktskonstanter (Kb/pKa) hjälper att förutsäga och kvantifiera basers beteende i lösning.

Ammoniak och saltsyra bildar ammoniumklorid. Detta är en neutralisering.

Hur baser fungerar

Baser kan användas för att neutralisera syror. När en bas, ofta OH^– , tar emot en proton från en syra bildar den en vattenmolekyl som är ofarlig. När alla syror och baser reagerar och bildar vattenmolekyler och andra neutrala salter kallas det för neutralisering. Syror kan också användas för att neutralisera baser.

Varje bas har en konjugerad syra som bildas genom att lägga till en väteatom till basen. Till exempel är NH₃ (ammoniak) en bas och dess konjugerade syra är ammoniumjonen NH₄⁺ . En svag bas bildar en stark konjugerad syra och en stark bas bildar en svagare konjugerad syra. Eftersom ammoniak är en måttligt stark bas är ammonium en betydligt svagare syra.

Egenskaper

Baser har dessa egenskaper:

Bitter smak (i motsats till sur smak av syror).
Slemmig eller tvålig känsla på fingrarna (halt)
Många baser reagerar med syror och fäller ut salter.
Starka baser kan reagera våldsamt med syror. Ett syrautsläpp kan neutraliseras på ett säkert sätt genom att använda en mild bas.
Baser gör rött lackmuspapper blått
Baser är ämnen som innehåller metalloxider eller hydroxider.
Baser som är lösliga i vatten bildar alkalier (lösliga baser).

Vissa vanliga hushållsprodukter är baser. Kaustiksoda och avloppsrengöringsmedel tillverkas till exempel av natriumhydroxid, en stark bas. Ammoniak eller ett ammoniakbaserat rengöringsmedel, t.ex. fönster- och glasrengöringsmedel, är basiskt. Dessa starkare baser kan orsaka hudirritation. Andra baser, som matlagningsingredienser natriumbikarbonat (bakpulver) eller tandkräm är basiska, men dessa är inte skadliga och lämpliga för matlagning.

Handskar ska alltid användas vid hantering av baser. Om hudirritation uppstår ska det drabbade området sköljas noggrant med kallt vatten. Om detta inte gör att problemet upphör, kontakta läkare så snart som möjligt.

Starka baser

En stark bas är en bas som avger en hydroxidjon, OH-, när den placeras i vatten. Det finns åtta stycken.

Litiumhydroxid-LiOH
Natriumhydroxid-NaOH
Kaliumhydroxid-KOH
Rubidiumhydroxid-RbOH
Cesiumhydroxid-CsOH
Kalciumhydroxid-Ca(OH)2
Strontiumhydroxid-Sr(OH)2
Bariumhydroxid-Ba(OH)2

Frågor och svar

F: Vad är en bas inom kemin?

S: En bas i kemi är ett ämne som kan ta emot en vätejon (H+) från ett annat ämne.

F: Hur kan en kemikalie ta emot en proton?

S: En kemikalie kan ta emot en proton om den har en negativ laddning eller om molekylen har en elektronegativ atom som syre, kväve eller klor som är rik på elektroner.

F: Är alla baser starka i naturen?

S: Nej, precis som syror är vissa baser starka och andra svaga. Svaga baser är mindre benägna att ta upp protoner, medan de starka baserna snabbt tar upp protoner i lösning eller från andra molekyler.

F: Vad är den "kemiska motsatsen" till en bas?

S: Den "kemiska motsatsen" till en bas är en syra. En syra är ett ämne som donerar en väteatom till basen.

F: Vilket är pH-intervallet för baser?

S: Baser har ett pH-värde som är högre än 7,0. Svaga baser har i allmänhet ett pH-värde på 7-9 medan starka baser har ett pH-värde på 9-14.

F: Kan baser acceptera protoner från andra molekyler?

S: Ja, starka baser kan snabbt ta protoner i lösning eller från andra molekyler.

F: Vilken typ av atomer kan hjälpa en kemikalie att acceptera en proton?

S: Elektronegativa atomer som syre, kväve eller klor, som är rika på elektroner, kan hjälpa en kemikalie att ta upp en proton.