碱的含义

碱：碱是一种可以中和酸作用的化学物质。碱性物质本质上是滑腻或滑溜的。它能够将红色石蕊试纸变成蓝色。碱能与酸反应生成盐和水，这种反应称为中和反应。碱的pH值总是大于7。一些碱的例子是氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钙（Ca(OH)2）、氨（NH3）、肥皂、牙膏等。

关于碱有三种主要的理论和定义，它们是

1. 阿伦尼乌斯碱
2. 路易斯碱
3. 布朗斯特-劳里碱

1. 阿伦尼乌斯的碱理论： 1887年，著名的瑞典科学家阿伦尼乌斯将碱描述为在水溶液中释放OH-（氢氧根）离子的化学物质。氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）、氢氧化钙（Ca(OH)₂）、氢氧化铵（NH4OH）等是阿伦尼乌斯碱的一些例子。

• NaOH (水溶液) → Na+ (水溶液) + OH- (水溶液)
  当氢氧化钠溶解在水中时，离子会离解形成Na+和OH-离子。类似地，其他一些反应如下：
• KOH (水溶液) → K+ (水溶液) + OH- (水溶液)
• Ca(OH)₂ (水溶液) → Ca₂+ (水溶液) + 2OH- (水溶液)
• NH₄OH (水溶液) → NH₄ (水溶液) + OH- (水溶液)

中和反应：当阿伦尼乌斯酸与阿伦尼乌斯碱发生反应时，生成盐和水作为产物。这种反应称为中和反应。在这里，碱中和了酸的作用。

• NaOH + HCl → NaCl (盐) + H₂O (水)
• CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa(盐) + H₂O (水)
• KOH + HCl → KCl (盐) + H₂O (水)
• NH₄OH + HCl → NH₄Cl (盐) + H₂O (水)

2. 路易斯的碱理论：路易斯的碱理论讲述了碱在非水溶液中的行为。根据路易斯的碱理论，碱是能够提供电子的分子。因此，富电子物质是路易斯碱。

• 阴离子如F-、Cl-、Br-和I-是一些路易斯碱的例子，因为它们有多余的电子可以提供。
• 具有孤对电子的分子，如氨（NH₃）、甲基负离子（CH3-）等，也是路易斯碱。
• 苯、乙炔、乙烯等也富含电子。因此，它们也被视为路易斯碱。
• 含有第16族元素（氧、硫、硒、碲）的化合物也是路易斯碱。

路易斯酸与路易斯碱的反应

当路易斯酸与路易斯碱反应时，路易斯酸与路易斯碱之间会形成共价键。作为电子供体，路易斯碱与其电子对与路易斯酸共享，从而与酸形成共价键。

• NH₃ (氨) + H₂O (水) → NH₄+ (铵离子) + OH- (氢氧根离子)

在这里，氨具有一对孤对电子，作为路易斯碱，并与其水分子共享电子对，水分子作为路易斯酸（电子对受体）；形成共价键，导致铵离子和氢氧根离子的形成。

• H+ (氢离子) + H₂O (水) → H₃O+ (水合氢离子)

氢离子是缺电子的，它作为路易斯酸，而水分子有两对孤对电子，作为路易斯碱。水分子与氢离子共享电子，从而形成共价键，导致水合氢离子的形成。

3. 布朗斯特-劳里碱理论：1923年，丹麦科学家 Johannes Nicolaus Bronsted 和英国科学家 Thomas Martin Lowry 发现，布朗斯特-劳里碱是一种能够接受质子的化学物质。因此，布朗斯特-劳里碱是氢离子（质子）受体。因此，该理论能够解释酸或碱在水溶液和非水溶液中的行为。

HCl (盐酸) + H₂O (水) → H₃O+ (水合氢离子) + Cl- (氯离子)

在这里，盐酸将氢离子（质子）提供给水分子，因此HCl充当布朗斯特-劳里酸，而H₂O充当布朗斯特-劳里碱。

• CH₃COOH (l) (醋酸) + H₂O (l) (水) → CH3COO- (aq) (醋酸根离子) + H3O+ (aq) (水合氢离子)

在这里，CH₃COOH充当布朗斯特-劳里酸，因为它将其氢离子（质子）提供给水，而水充当布朗斯特-劳里碱（质子受体）。

共轭酸和碱的概念

共轭碱：当一个布朗斯特-劳里酸释放一个质子（氢离子）时，形成的剩余物称为其共轭碱。

共轭酸：当一个布朗斯特-劳里碱接受一个质子（氢离子）时，形成的剩余物称为其共轭酸。

在下述反应中，CH₃COO-充当CH₃COOH的共轭碱，H₃O⁺充当H₂O的共轭酸。

• CH₃COOH (l) (醋酸) + H₂O (l) (水) → CH₃COO- (aq) (醋酸根离子) + H₃O+ (aq) (水合氢离子)

共轭对：酸及其共轭碱，或碱及其共轭酸，被称为共轭对。在上述反应中，CH3COOH和CH3COO-是一对共轭对，H2O和H3O+也是一对共轭对。

碱的性质

1. 碱是滑腻或滑溜的物质。
2. 碱能够与酸反应生成盐和水，这种反应称为中和反应。
3. 碱是极好的导电体。
4. 它们味道苦。
5. 碱的pH值始终大于7（在8-14之间）。
6. 一些碱用作电解质，例如氢氧化钠和氢氧化钾。
7. 碱将红色石蕊试纸变成蓝色。
8. 强碱倾向于与活泼金属（如钾、锂、钙等）反应生成氢气。
9. 碱与非金属氧化物（酸性氧化物）反应生成盐和水。
10. 溶于水的碱称为碱（alkali）。

注意：所有碱（alkali）都是碱（base），但并非所有碱（base）都是碱（alkali）。

碱的类型

1. 根据碱的强度

• 强碱
• 弱碱

i) 强碱：强碱被定义为一种化学物质，当发生酸碱反应时，它可以从弱酸分子中去除质子。强碱在水溶液中完全解离，每分子给出一个或多个氢氧根离子。

强碱的一些例子是

• BOH + H₂O → B⁺(aq) + OH^-(aq)

氢氧化锂（LiOH）、氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）、氢氧化镁Mg(OH)?等是强碱的例子。

ii) 弱碱：弱碱是一种化学物质，在水溶液中部分解离成其组成离子。它在水中不能完全电离，因此产生很少的氢氧根离子、碱性根，以及许多未解离的分子。

• B + H₂O → BH⁺ + OH^-

弱碱的一些例子是

氨（NH₃）、氢氧化锌（Zn(OH)₂）、吡啶（C₅H₅N）、氢氧化铝（Al(OH)₃）等。

注意：水（H₂O）既是弱碱也是弱酸，因为它解离生成氢氧根离子和氢离子。

H₂O (酸) + H₂O (碱) → H3O⁺ + OH^-

2. 根据碱的酸度

• 一元碱
• 二元碱
• 三元碱

碱的酸度：碱的酸度是碱中可置换羟基的总数，它可以在溶解在水或水溶液中时作为离子释放。形成的OH^-离子的数量决定了碱的强度。

例如，NaOH溶解在水中时，解离成Na⁺和OH^-，因此NaOH的酸度为1。

NaOH (aq) (氢氧化钠) → Na⁺ + OH^-

i) 一元碱

在一元碱中，一个羟基离子只能与一个氢离子结合。例子：氢氧化钠（NaOH）、氢氧化铵（NH₄OH）等。

ii) 二元碱

在二元碱中，两个羟基离子能够与两个氢离子结合。例子：氢氧化钙（Ca(OH)₂）、氢氧化镁（Mg(OH)₂）等。

iii) 三元碱

在三元碱中，三个羟基离子能够与三个氢离子结合。例子：氢氧化铝（Al(OH)₃）、氢氧化铁（Fe(OH)₃）等。

根据水溶液中的浓度

• 浓碱
• 稀碱

i) 浓碱：当溶液中碱的浓度很高时，称为浓碱。例如，浓NaOH、浓KOH等。

ii) 稀碱：当溶液中碱的浓度相对较低时，称为稀碱。例如，稀KOH、稀NaOH等。

碱的一些特征反应

1. 当碱与活泼金属反应时，会释放氢气并形成盐。

金属 + 碱 → 盐 + 氢气↑

例如

2NaOH (aq) +Zn(s) → Na₂ZnO₂ (aq) + H₂ (g) ↑

注意：由于碱的这种性质，不能将其储存在金属容器中。

2. 碱具有与非金属氧化物（酸性氧化物）反应生成盐和水的性质。此反应证明了非金属氧化物是酸性的。

碱 + 非金属氧化物 → 盐 + 水

2NaOH + CO₂ (g) → Na₂CO₃ (盐) + H₂O

3. 碱与酸反应生成盐和水（中和反应）。

酸 + 碱 → 盐 + 水

HCl + NaOH → NaCl (盐) + H₂O (水)

什么是pH？

pH：pH，也称为氢的电位，是测量溶液中氢离子浓度的能力。它也可以定义为H+离子浓度的负对数。

• pH = -log[H+]

pH标度的范围是从0到14，用于测量溶液的pH（氢离子浓度）。

当溶液的pH值小于7时，该溶液被认为是酸性的，而当溶液的pH值大于7时，该溶液被认为是碱性的。当pH等于7时，该溶液被认为是中性的。

pH值为0的溶液：强酸性（例如：硫酸）

pH值为14的溶液：强碱性（例如：氢氧化钠（NaOH））

日常生活中碱的用途

1. 肥皂和牙膏：我们每天用来清洁身体和衣物的肥皂含有强碱和弱酸的盐，呈碱性pH。通常，使用苛性钠（NaOH）和氢氧化钾（KOH）来制造肥皂。碱也以少量存在于我们的牙膏中，以中和牙齿中的细菌。
2. 电解质：碱是良好的电解质，因此，氢氧化钾（KOH）和氢氧化钠（NaOH）被用作工业用途的电解质。
3. 药品：氢氧化镁（Mg(OH)2）用作药物中的抗酸剂，以中和胃中产生的酸。氢氧化铝（Al(OH)₃）用作药物治疗消化性溃疡。碳酸氢钠（NaHCO₃）用于治疗消化不良。
4. 家居：碳酸钠（Na₂CO₃），也称为洗涤苏打，用于家庭清洁。碳酸氢钠（NaHCO₃），也称为小苏打，用于烹饪/烘焙。稀氢氧化铵（NH₄OH）也用于家庭清洁。氢氧化钙（Ca(OH)₂）用于粉刷。
5. 制造：氨（NH₃）用于制造肥料。碳酸锂（LiCO₃）用于制造水泥。氢氧化钠（NaOH）用于制造一种称为人造丝的纤维，用于纺织工业。氢氧化钠（NaOH）也用于造纸工业的造纸。