強塩基

強塩基とは

強塩基（きょうえんき、strong base）とは、水溶液中で電離度が非常に高く、水酸化物イオン（OH⁻）を定量的に生成する塩基を指します。具体的には、塩基解離定数（Kb）が非常に大きく、pKbが0未満（Kb>1）程度のものを指します。

強アルカリ

特に、水溶性で水溶液中で強塩基として働くものは強アルカリ（きょうアルカリ、strong alkali）とも呼ばれます。これらの物質は、タンパク質を加水分解する力が非常に強く、皮膚を腐食させたり、目に入ると失明の危険性があるため、取り扱いには十分な注意が必要です。

強塩基の電離

強塩基は水中で以下のように電離します。


MOH(aq) ⇋ M+(aq) + OH-(aq)
B(aq) + H2O(l) ⇋ BH+(aq) + OH-(aq)


ここで、Mは金属イオン、Bは塩基を表します。これらの反応式からわかるように、強塩基は水中で水酸化物イオンを放出します。

共役塩基としての強塩基

酸がプロトン（H+）を放出した後に残るイオンを共役塩基と呼びます。酸の強さと共役塩基の強さには密接な関係があり、酸が弱いほど、その共役塩基は強くなります。この関係は以下の式で表されます。


Kb = Kw / Ka


ここで、Kbは塩基解離定数、Kaは酸解離定数、Kwは水のイオン積です。例えば、非常に弱い酸であるメタノール（CH3OH）の共役塩基であるメトキシドイオン（CH3O-）は強塩基です。


CH3O- + H2O ⇋ CH3OH + OH-
pKb = -2


さらに、アンモニア（NH3）、水素（H2）、水酸化物イオン（OH-）の共役塩基であるアミドイオン（NH2-）、水素化物イオン（H-）、酸化物イオン（O2-）は、より強力な強塩基です。アルカンなどの炭化水素の共役塩基も非常に強い塩基性を示します。

非水溶媒中の強塩基

水溶液中での酸塩基平衡の概念は、非水溶媒中でも適用できます。プロトン性溶媒（HS）中で、塩基（B）がプロトンを引き抜いてライエイトイオン（S-）を生成する場合、その塩基は溶媒中で強塩基であると言えます。


B + HS ⇌ BH+ + S-


この平衡は、溶媒のプロトン解離性や比誘電率によって決まります。例えば、水溶液中では弱塩基であるアンモニアは、フッ化水素中では強塩基として働きます。


NH3 + HF ⇋ NH4+ + F-
H2O + HF ⇋ H3O+ + F-

水溶液中の強塩基の種類

水溶液中で最も強い塩基は、アルカリ金属やテトラアルキルアンモニウムの水酸化物です。

• - 水酸化リチウム (LiOH)
• - 水酸化ナトリウム (NaOH)
• - 水酸化カリウム (KOH)
• - 水酸化ルビジウム (RbOH)
• - 水酸化セシウム (CsOH)
• - 水酸化テトラメチルアンモニウム (N(CH3)4OH)
• - 水酸化テトラエチルアンモニウム (N(C2H5)4OH)

これらの次に強い塩基として、アルカリ土類金属の水酸化物やグアニジンなどがあります。

• - 水酸化カルシウム (Ca(OH)2)
• - 水酸化ストロンチウム (Sr(OH)2)
• - 水酸化バリウム (Ba(OH)2)
• - 水酸化ユウロピウム(II) (Eu(OH)2)
• - 水酸化タリウム(I) (TlOH)
• - グアニジン (HN=C(NH2)2)

金属の水酸化物の塩基強度は、金属イオンの電荷が小さく、イオン半径が大きいほど強くなります。また、電気陰性度が小さいほどイオン結合性が強くなります。

強塩基の反応

金属アクアイオンは水と反応し、酸性を示しますが、その反応の度合いによって水酸化物の塩基性が変わります。


M^(n+)(aq) + H2O(l) ⇌ H+(aq) + M(OH)^(n-1)+(aq)
M(OH)^(n-1)+(aq) ⇌ M^(n+)(aq) + OH-(aq)
pKb = 14 - pKa


アンミン錯体の水酸化物やアルキルスルホニウム、アルキルヨードニウムなども強塩基として知られています。

超塩基

水溶液中の塩基性は水酸化物イオンの強度に制限されますが、非水溶媒中ではさらに強い塩基性を持つ超塩基（superbase）が存在します。超塩基の定義は明確ではありませんが、酸度関数H-の値が非常に大きいものを指します。

無機固体超塩基

酸化カルシウム（CaO）や、酸化マグネシウム（MgO）に金属ナトリウムを添加したものが知られています。

アルコキシド・有機金属類

アルコキシドのアルコール溶液や、アルキルリチウムを溶解した有機溶媒は、プロトンを引き抜く力が非常に強く、有機合成で用いられます。グリニャール試薬も超塩基の一種とみなされます。

有機超塩基

ジアザビシクロウンデセンやジアザビシクロノネン、フォスファゼン塩基など、陽イオンが共鳴安定化された有機塩基は、非常に強い塩基性を示します。

まとめ

強塩基は、水溶液中で水酸化物イオンを放出し、非常に強い塩基性を示す物質です。その種類は、アルカリ金属の水酸化物から有機超塩基まで多岐にわたります。強塩基は、化学反応において非常に重要な役割を果たす一方で、危険な性質も併せ持つため、取り扱いには十分な注意が必要です。

参考文献

• - F.A. コットン, G. ウィルキンソン（著）、 中原 勝儼（訳）『コットン・ウィルキンソン無機化学』培風館、1987年。
• - F. Albert Cotton and Geoffrey Wilkinson (1980). Advanced Inorganic Chemistry : A Comprehensive Text (Fourth ed.). Interscience
• - 田中元治『酸と塩基』裳華房〈基礎化学選書 8〉、1971年。
• - G. Schwarzenbach (1936). Z. physik. Chem. 176 A (133).
• - シャロー 著、藤永太一郎、佐藤昌憲 訳『溶液内の化学反応と平衡』丸善、1975年。
• - 田部浩三、野依良治『超強酸・超強塩基』講談社、1980年。
• - 日本化学会 編『化学便覧 基礎編 II』（改訂 4）丸善、1993年。

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