باز چیست ؟ خواص شیمیایی و کاربرد انواع باز ها

باز (Base) چیست؟

باز در شیمی، به ماده ای گفته می شود که می تواند یون هیدروژن (H+) را از سایر مواد پذیرا باشد و نقطه مقابل اسید است. بازها محلول هایی با pH بیشتر از 7 را شامل می شوند. بازها از نظر پتانسیل پذیرش هیدروژن (به جای آزاد کردن یون های هیدروژن که اسیدها وجود دارد) متفاوت اند. هر چه یک محلول بتواند هیدروژن بیشتری آزاد کند، اسیدی تر بوده و مقدار pH آن کمتر است. در مقابل محلول هایی با pH بالا، که توانایی جذب هیدروژن بیشتری دارند، باز محسوب می شوند. این مواد می تواند در واکنس با اسیدها، آن ها را خنثی کرده و محلول آب و نمک تولید کنند.

مفهوم اسید و باز یکی از بنیادین‌ترین مباحث در علم شیمی است که از دوران باستان تا به امروز تغییرات و پیشرفت‌های شگرفی را تجربه کرده است. در ابتدا، انسان‌ها مواد شیمیایی را بر اساس خواص ظاهری و حسی مانند طعم یا واکنش با پوست طبقه‌بندی می‌کردند. واژه باز (Base) در شیمی مدرن به موادی اطلاق می‌شود که از نظر خواص شیمیایی، دقیقاً متضاد و نقطه مقابل اسیدها قرار دارند. اصطلاح آلکالی(Alkali)، برای توصیف بازهای محلول در آب استفاده می‌شود.
بازهای محلول در آب (آلکالی): به بازهایی که به راحتی در آب حل می‌شوند، آلکالی می‌گویند. تمام آلکالی‌ها باز هستند، اما همه بازها آلکالی نیستند.
بازهای نامحلول در آب: بازهایی هستند که ساختار بازی دارند اما در آب حل نمی‌شوند.

تعاریف علمی و نظریه‌های بازها

در طول تاریخ شیمی، سه نظریه عمده برای تعریف دقیق‌تر بازها ارائه شده است که هر یک پنجره‌ای جدید به روی درک ساختار مولکولی این مواد گشوده‌اند:
الف) باز آرنیوس : ماده‌ای است که وقتی در آب حل می‌شود، غلظت یون‌های هیدروکسید OH⁻ را در محلول افزایش می‌دهد..
مثال: سدیم هیدروکسید

تک‌ظرفیتی (Monoacidic) در ازای هر مولکول، یک یون OH⁻ آزاد می‌کند.
دوظرفیتی (Diacidic) در ازای هر مولکول، دو یون OH⁻آزاد می‌کند.
سهظرفیتی (Triacidic) در ازای هر مولکول، سه یون OH⁻آزاد می‌کند.

ب) باز برونستد-لوری: ماده‌ای است که در یک واکنش شیمیایی، پروتون +H می‌پذیرد. در این تعریف، نیازی نیست محیط حتماً آبی باشد.
مثال: آمونیاکNH3 که یک پروتون جذب می‌کند و به NH4+ تبدیل می‌شود.
ج) باز لویز : ماده‌ای است که می‌تواند یک جفت‌الکترون ناپیوندی را برای تشکیل پیوند کووالانسی اهدا کند (دهنده جفت‌الکترون).
مثال: الکل‌ها، اترها و آمونیاک.

خواص شیمیایی بازها

بازها به لحاظ شیمیایی، دقیقا متضاد و نقطه مقابل اسیدها قرار دارند و از این رو دارای ویژگی های زیر هستند:

• بازها اغلب دارای طعمی تلخ هستند.
• مواد بازی در ترکیب با تورنسل قرمز، آن را به رنگ آبی تغییر می دهند.
• بازها در ترکیب با اسیدها واکنش نشان داده و خاصیت بازی خود را از دست می دهند. همچنین در این فرآیند خنثی سازی، می توانند به تولید نمک و آب منجر گردند.
• بازها نیز مانند اسیدها می توانند رسانا بوده و جریان الکتریسیته را هدایت کنند. به نحوی که برخی از آن ها بهترین رساناهای الکتریسیته هستند از آن ها به عنوان الکترولیت یا انتقال دهنده الکتریسیته استفاده می شود، مانند هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم و… .
• شکل ظاهری بازها اغلب لغزنده یا صابونی است.
• برخی از بازها، دارای خاصیت قلیایی بوده که در ترکیب با آب، یون هیدروکسیل (OH-) تولید می کنند.
• بازهای قلیایی قوی، اغلب مانند اسیدها، بسیار خورنده هستند و می توانند منجر به از بین رفتن و اصطلاحا سوختگی سطح مجاور خود گردند.
• مقدار pH بازها از 8 تا 14 متغیر است. هرچه میزان این pH به 14 نزدیک تر باشد، ماده بازی قوی تر است.
• بازهای قلیایی می توانند نمک های آمونیوم و آمونیاک تولید کنند.
• بازها در ترکیب با برخی از فلزات، می توانند گاز هیدروژن متصاعد کنند.
• بازها بر اساس میزان قدرت، غلظت و اسیدیته، دارای انواع مختلفی هستند.

دسته‌بندی بازها

بازها بر اساس اینکه چقدر در آب به یون‌های سازنده‌شان تفکیک می‌شوند، به دو دسته تقسیم می‌شوند:

الف) بازهای قوی (Strong Bases)

این بازها در محلول‌های آبی به طور ۱۰۰٪ و کامل به یون‌های مجزا تفکیک می‌شوند. آن‌ها رسانای بسیار قوی الکتریسیته هستند.
⦁ مثال‌ها: معمولاً هیدروکسیدهای فلزات قلیایی (گروه ۱) و قلیایی خاکی (گروه ۲) جدول تناوبی هستند:
⦁ سدیم هیدروکسید
⦁ پتاسیم هیدروکسید
⦁ کلسیم هیدروکسید

بازهای ضعیف (Weak Bases)

این بازها در آب به طور ناقص تفکیک می‌شوند و در محلول آن‌ها، تعادلی بین مولکول‌های تفکیک‌نشده و یون‌ها برقرار است.
⦁ مثال‌ها:
⦁ آمونیاک
⦁ متیل‌آمین
⦁ کربنات

ابر باز:

ماده ای است که از بازهای قوی نیز بهتر عمل می کند. این بازها اغلب اسیدهای مزدوج بسیار ضعیفی دارند و از طریق ترکیب یک فلز قلیایی با اسید مزدوج آن شکل می گیرند. این باز بسیار قوی، نمی تواند در محلول آبی باقی بماند، زیرا باز از یون هیدروکسید قوی تر است. می توان گفت که قوی ترین باز، دیانیون ارتو دی اتینیل بنزن (C₆H₄(C₂)₂)²⁻ است.

باز خنثی:

بازی است که با اسید خنثی پیوندی ایجاد کرده است. به نحوی که اسید و باز، هر دو یک جفت الکترون از باز به اشتراک می گذارند.

باز جامد:

بازی است که به صورت جامد فعال می باشد. به عنوان مثال می توان به دی اکسید سیلیکون (SiO2) و NaOH در آلومینا اشاره کرد. بازهای جامد می توانند در رزین های تبادل آنیونی و یا برای واکنش با اسیدهای گازی مورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد باز ها

بسیاری از محصولاتی که ما در طول روز با آن ها سر و کار داریم، دارای خاصیت بازی هستند. از جمله رایج ترین آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

سدیم فلوراید (NaF):

اولین بازی که ما در زندگی با آن مواجه می شویم، در ابتدای روز و پس از مسواک زدن، است. خمیردندان هایی که اغلب از آن ها استفاده می کنیم، حاوی فلوراید سدیم اند که ماهیت بازی دارد. این ماده می تواند به از یبین بردن باکتری ‌های موجود در دهان منجر شود و بهترین پاسخ به محیط اسیدی موجود در دهان پیش از مسواک زدن می باشد.

هیدروکسید سدیم (NaOH):

استحمام روزانه، یکی از دیگر از موارد مواجه ما با بازها است. استحمام با آب به تنهایی برای ایجاد احساس شادابی و تمیزی در بدن کافی نیست. به همست سبب اغلب از صابون ها و شامپوها برای تمیز کردن بدن خود استفاده می کنیم. این مواد شوینده حاوی هیدروکسید سدیم به عنوان یکی از اصلی ترین مواد بازی هستند. نه تنها در این نوع از شوینده ها، بلکه در تمام محصولات پاک کننده از جمله مواد شوینده بدن، لباس و سطوح، هیدروکسید سدیم مورد استفاده قرار می گیرد.

سدیم بی کربنات (Sodium Bicarbonate):

بی کربنات سدیم، که اغلب با نام جوش شیرین شناخته می شود، یکی از محصولات رایج در آشپزخانه ها است. بسیاری از افراد از جوش شیرین در آشپزی، پخت کیک، نان و… استفاده می کنند. از آنجایی که جوش شیرین، یک باز ضعیف می باشد، برای مصرف متداول انسان بی خطر است. جوش شیرین همچنین به عنوان خاموش کننده آتش نیز می تواند استفاده شود. زیرا در دمای بالا، می تواند دی اکسید کربن آزاد کند.

هیدروکسید منیزیم (Magnesium Hydroxide):

هیدروکسید منیزیم یکی از ترکیباتی است که به عنوان ضد اسید یا خنثی کننده اسیدهای معده مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا همانگونه که گفته شد، بازها می توانند در ترکیب با اسیدها، منجر به خنثی سازی آن ها شوند. این ماده همچنین در مواد ضد تعریق یا دئودورانت ها نیز به کار می رود و بوی بد بدن را از بین می برد.

کلسیم هیدروکسید (Calcium Hydroxide):

هیدروکسید کلسیم که با نام آهک هیدراته یا کاهش یافته نیز شناخته می شود، به شکل گسترده در تولید سیمان های، به عنوان یکی از مصالح ساختمانی، استفاده می شود. این ماده همچنین به عنوان یک باز قوی، در خنثی کردن اسیدیته خاک و تصفیه آب فاضلاب نیز به کار گرفته می شود. هیدروکسید کلسیم، یکی از افزودنی های مورد استفاده در بهبود تغذیه دام ها نیز می باشد. از دیگر موارد استفاده از آن، در دندانپزشکی است.

آمونیاک (NH3):

آمونیاک یکی از بازهای پرکاربرد در کشاورزی، صنایع و منازل است که در تهیه و تولید کودها، از بین بردن لکه ها، تمیز کردن وان، کاشی، سطوح و حتی جواهرات، مورد استفاده قرار می گیرد.

. مقایسه مفهومpH وpOH در محلول‌های بازی

برای سنجش میزان اسیدی یا بازی بودن یک محلول، از مقیاس pH استفاده می‌شود که بازه آن از ۰ تا ۱۴ متغير است. محلول‌های دارایpH برابر با ۷ خنثی، کمتر از ۷ اسیدی و بیشتر از ۷ بازی هستند. هرچه میزانpH یک باز به ۱۴ نزدیک‌تر باشد، قدرت بازی آن و غلظت یون‌های هیدروکسید در آن بیشتر است. در کنارpH ، مفهوم دیگری به نامpOH وجود دارد که به طور مستقیم منفی لگاریتم غلظت یون هیدروکسید را نشان می‌دهد. در هر محلول آبی در دمای اتاق، همواره رابطه زیر برقرار است:
معادله مبنا:
pH + pOH = 14

نقش بازها در سیستم‌های زیستی و بیوشیمی

بدن انسان و سایر موجودات زنده برای بقا نیاز به تنظیم دقیق میزان اسیدیته دارند. خون انسان دارای pH بسیار حساسی در حدود ۷.۳۵ تا ۷.۴۵ است که یعنی به مقدار جزیی بازی است. کوچکترین تغییر در این بازه می‌تواند منجر به مرگ شود. سیستم‌های بافری در بدن که شامل بازهای ضعیفی مانند یون بی‌کربنات هستند، وظیفه خنثی‌سازی اسیدهای مازاد تولید شده در اثر متابولیسم سلولی را بر عهده دارند. علاوه بر این، بازهای نیتروژنی (آدنین، تیمین، سیتوزین، گوانین و اوراسیل) ساختار اصلی DNA وRNA را تشکیل می‌دهند که کدهای ژنتیکی حیات را در خود ذخیره می‌کنند.
۸. نکات ایمنی در مواجهه با مواد بازی صنعتی
برخلاف تصور عموم که اسیدها را خطرناک‌تر از بازها می‌دانند، بازهای قوی به دلیل توانایی در حل کردن پروتئین‌ها و بافت‌های چربی (فرآیند صابونی شدن پنهان)، می‌توانند آسیب‌های بسیار عمیق‌تر و خطرناک‌تری به پوست و به ویژه چشم‌ها وارد کنند. سوختگی‌های ناشی از اسید معمولاً سدی از بافت مرده ایجاد می‌کند که مانع پیشروی بیشتر اسید می‌شود، اما بازها به عمق بافت نفوذ می‌کنند. از این رو، در هنگام کار با بازهای قوی مانند سود پرک یا پتاسیم هیدروکسید، استفاده از عینک ایمنی، دستکش‌های مقاوم شیمیایی و روپوش آزمایشگاهی کاملاً الزامی است. در صورت تماس با پوست، محل باید بلافاصله با مقدار زیادی آب سرد شسته شود.