Basizität

Basizität ist ein Begriff aus der Chemie und der Metallurgie.

Basizität in der Chemie

In der Chemie bezeichnet der Begriff Basizität, auch Alkalität,

das Maß für die Fähigkeit einer chemischen Verbindung, Protonen aufzunehmen, also ihr Basenverhalten, ausgedrückt durch die Basenkonstante bzw. den pK_B-Wert.
die Basenstärke (Hydroxidionen-Konzentration) einer Lösung, siehe pOH-Wert.

Eine große Rolle spielt Basizität in Zusammenhang mit Nukleophilie in der organischen Chemie, beispielsweise bei der Nukleophilen Substitution. Je stärker basisch eine Verbindung ist, desto eher teilt sie ihr freies Elektronenpaar mit anderen Verbindungen, z. B. mit einem Proton. Eine stärkere Base teilt ihr Elektronenpaar leicht mit einem Proton, geht daher mit diesem leicht eine Bindung ein und nimmt es damit auf. Eine schwächere Base löst die Bindung zu einem Proton leichter (die Bindung ist schwächer) und ist damit gleichzeitig eine stärkere Säure. Ablesen lässt sich die Basizität an der Basenkonstante K_b bzw. Säurekonstante K_s. Die Basenkonstante ist eine Gleichgewichtskonstante, die das Verhältnis zwischen protonierten und deprotonierten Teilchen angibt. Die Nukleophilie gibt die Tendenz eines Teilchens an, ein Elektrophil (ein elektronenarmes Teilchen) anzugreifen. Basizität und Nukleophilie stehen in einem direkten Verhältnis zueinander: Starke Basen sind gute Nukleophile und schwache Basen sind schlechte Nukleophile. Ausnahmen von dieser Regel bestehen, wenn durch sterisch anspruchsvolle Gruppen zum Beispiel bei Lithiumdiisopropylamid das basische Zentrum sterisch gehindert ist. So sind beispielsweise Hydroxidionen (OH⁻) eine bessere Base und ein besseres Nukleophil als Wasser (H₂O), Wasser ist dagegen die bessere Abgangsgruppe.[1] Ein entscheidender Unterschied zwischen Basizität und Nukleophilie ist jedoch, dass es sich bei Basizität um eine thermodynamische, bei Nukleophilie hingegen um eine kinetische Größe handelt. So beschreibt die Basizität ein Gleichgewicht zwischen einer Base und ihrer konjugierten Säure, beispielsweise in Wasser:

\mathrm {A^{-}+H_{2}O\rightleftharpoons AH+OH^{-}}

mit der Gleichgewichtskonstante K.

Die Nukleophilie hingegen beschreibt die Geschwindigkeit eines Vorgangs, beispielsweise den Angriff eines Nukleophils auf ein Elektrophil:

\mathrm {Nu^{-}+R{\text{-}}X\longrightarrow Nu{\text{-}}R+X^{-}}

mit der Geschwindigkeitskonstante k.

Weiteren Einfluss auf Basizität und Nukleophilie können zudem Polarisierbarkeit, Lösungsmittel und sterische Effekte ausüben.[2]

Basizität in der Metallurgie

Dabei handelt es sich um eine empirische Größe, die in ihrer einfachsten Form das Massenverhältnis von CaO und SiO₂ in metallurgischen Schlacken angibt. Der Begriff der Schlackenbasizität B hat demnach nichts mit der chemischen Basizität zu tun, sondern beruht nur darauf, dass CaO anders als der zweite Bestandteil der Schlacke bei der Reaktion mit Wasser die basische Substanz Calciumhydroxid bildet. Dementsprechend spricht man bei einer Schlacken-Basizität von größer als eins von basischen Schlacken und bei einer Basizität von kleiner eins von sauren Schlacken.

B={\frac {m_{\mathrm {(CaO)} }}{m_{\mathrm {(SiO_{2})} }}}

Da dies in der Praxis den real vorliegenden Verhältnissen bei Schlacken nicht sehr nahekommt, werden auch mögliche weitere Bestandteile von Schlacken (z. B. MgO, Al₂O₃) basischen oder sauren Anteilen zugeordnet. Diese müssen aber mit Korrekturfaktoren (k) gewichtet werden, da beispielsweise MgO in der Schlacke bei der Reaktion mit Wasser nicht die gleiche basische Wirkung wie CaO hat.

B={\frac {m_{\mathrm {(CaO)} }+k\cdot m_{\mathrm {(MgO)} }}{m_{\mathrm {(SiO_{2})} }+k\cdot m_{\mathrm {(Al_{2}O_{3})} }}}

Siehe auch

Weblinks

Eintrag zu basicity. In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.B00611.

Einzelnachweise

Paula, Yurkanis, Bruice: Organic Chemistry. 4. Auflage, Prentice-Hall, 2003, ISBN 0-131-41010-5, S. 410–419.
K. P. C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, S. 259–267, ISBN 3-527-31380-X.

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[Bruice-1] Paula, Yurkanis, Bruice: Organic Chemistry. 4. Auflage, Prentice-Hall, 2003, ISBN 0-131-41010-5, S. 410–419.

[Vollhardt-2] K. P. C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005, 4. Auflage, H. Butenschön, S. 259–267, ISBN 3-527-31380-X.