Base (Chemie)

Basen (griechisch βάση, basé - die Ausgangs-, Grundlage, das Fundament) sind chemische Verbindungen, die Protonen aufnehmen (Definition nach Brønsted) bzw. lokale Elektronenüberschüsse aufweisen (nach Lewis). Eine Base ist somit das Gegenstück zu einer Säure und vermag diese zu neutralisieren (Definition nach Brønsted).

Umgangssprachlich werden daher alle Verbindungen als Basen bezeichnet, die in der Lage sind, mit Säuren Salze zu bilden bzw. in wässriger Lösung Hydroxid-Ionen abspalten - und damit die Wasserstoffionen-Konzentration des Wassers verringern (oder, anders ausgedrückt, die den pH-Wert einer wässrigen Lösung erhöhen). Der chemische Basenbegriff nach den verschiedenen Säure-Base-Konzepten kann unter Säuren gefunden werden.

Historische Entwicklung des Begriffes "Base"

Der Begriff "Base" wurde im 17. Jhdt. von Chemikern wie O. Tachenius, R. Boyle und G.F. Rouelle eingeführt, weil "basische" Stoffe die nichtflüchtige Grundlage zur Fixierung flüchtiger Säuren (z. B.: Salzsäure) bilden und die Wirkung von Säuren aufheben können. Danach entwickelten sich für Basen und Säuren als ihre Gegenspieler schrittweise folgende Definitionen:

A.L. Lavoisier: Säuren enthalten Sauerstoff (daher bekam das Element Sauerstoff seinen Namen: Lavoisier dachte, dass Säuren stets aus Nichtmetalloxiden und Wasser entstünden und Basen aus Metalloxiden und Wasser)
Sir Humphry Davy und Justus von Liebig: Säuren sind Wasserstoff-Verbindungen, der Wasserstoff ist durch Metalle ersetzbar (Salzbildung)
Arrhenius-Base entsprechend der Arrhenius-Säure: Säuren dissoziieren beim Auflösen in Wasser unter Abgabe von Protonen - Basen unter Abgabe von Hydroxidionen
Brønsted-Base entsprechend der Brønsted-Säure: Basen (wie z.B. das Hydroxidion) nehmen in wässriger Lösung Protonen auf
Lewis-Base / Lewis-Säure
HSAB-Konzept

Die chemischen Eigenschaften der Basen

Die wässrigen Lösungen der Basen (Laugen) zeigen meist eine deutlich „basische“ (= alkalische) Reaktion. Das heißt der pH-Wert ihrer Lösungen beträgt mehr als 7 und maximal 14. Durch diese erfolgt eine Rötung von Phenolphthalein-Lösung und eine Blaufärbung von rotem Lackmus-Papier.

In wässriger Lösung reagiert eine Base wie z.B. Ammoniak deshalb alkalisch, weil sie als Protonenakzeptor Protonen der Säure (= Protonendonator) abfängt:

Beispiel:

'''Ca(OH)₂ $\rightarrow$ Ca²⁺_(aq) + 2 OH^-_(aq)

OH^-_(aq) + H⁺_(aq) $\rightarrow$ H₂O

'''Ca(OH)₂ + H⁺ $\rightarrow$ CaO + H₂O

Beispiele

Laugen

Zu den anorganischen Basen gehören Laugen – wässrige Lösungen der Metall-Hydroxide wie z. B.:

Natriumhydroxid (NaOH),
Kaliumhydroxid (KOH),
Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) oder
Bariumhydroxid (Ba(OH)₂).

Diese dissoziieren (vgl. Dissoziation) in wässriger Lösung in freie Metall-Ionen und Hydroxid-Ionen.

Metalloxide

Des Weiteren die sog. Basenbildner (i. d. R. Oxide) wie z. B.: Calciumoxid (CaO) oder Bariumoxid (BaO). Diese Substanzen bilden mit Wasser die entsprechenden Hydroxide, welche sich unter alkalischer Reaktion in dem Wasser lösen (Säure-Base-Reaktion).

Beispiel:

CaO + H₂O $\rightarrow$ Ca(OH)₂

Na₂O + H₂O $\rightarrow$ 2 NaOH

Das Alkalimetall kann zuvor auch durch direkte Einwirkung von den Hydronium ionen mit Wasser oxidiert werden. Bei der sehr heftigen Reaktion entwickelt sich neben der Natronlauge auch Wasserstoffgas, das sich durch die Reaktionswärme an der Luft oft sofort entzündet:

2 Na + 2 H₂O $\rightarrow$ 2 NaOH + H₂

weitere Anhydro-Basen

Hydrochloric_acid_ammonia.jpg Als "Anhydro-Base" wird (neben den oben erwähnten Oxiden) auch das Ammoniak bezeichnet, welches mit Wasser ebenfalls Hydroxid-Ionen bildet.

\mathrm{NH_3 + H_2O \rightarrow NH_4^+ + OH^-}

Die Besonderheit an der Base Ammoniak ist, dass sie mit Säuren schon im Gasraum zu Salzen neutralisiert werden kann. So reagieren Ammoniakdämpfe beim Zugießen von Ammoniakwasser zu Salzsäure schon oberhalb der Flüssigkeitsphase zu Ammoniumchlorid-Rauch (Salmiaksalz, Neutralisationsreaktion).

Organische Basen

Zu den organischen Basen zählen ebenfalls alle Moleküle und Ionen, die unter Protonenaufnahme reagieren können (z.B. Pyridin, Amine als Abkömmlinge des Ammoniaks, deprotonierte Aminosäuren usw.). Als Organo-Basen oder organische Basen wird auch eine Klasse von Biomolekülen bezeichnet, die auf das Grundgerüst des Purins oder des Pyrimidins zurückgeführt werden.

Darstellungsmöglichkeiten

Basen wie Natronlauge sind durch die Umsetzung des entsprechenden Metalloxids mit Wasser zugänglich. Dabei entsteht ein Hydroxid-Ion (OH^-). Des Weiteren können schwache Basen auch durch Verdrängungsreaktionen hergestellt werden, indem eine starke Base die schwächere Base aus ihrem Salz verdrängt (Beispiel: Die Kreuzprobe als Nachweisreaktion für Ammoniumsalze).

Siehe hierzu auch:

Nivellierender Effekt des Wassers
für die Definition nach Lewis siehe: Säure
für den Gebrauch des Begriffs "basische Aminosäure" siehe Aminosäure

Base

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