弱碱

布朗斯特-劳里酸碱理论中，弱碱指在水溶液中不完全电离的碱，意即质子化反应不完全。一般碱的pH值范围为7~14，其中7为中性，14则为强碱性，可通过以下公式计算：

${\displaystyle {\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{H}}^{+}\right]}$

相对强碱而言，弱碱从水分子接受质子的能力较差，因而溶液中H⁺浓度更高，pH值较低。

碱阴离子的电离平衡不涉及H⁺，通常以OH⁻离子浓度先计算pOH：

${\displaystyle {\mbox{pOH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{OH}}^{-}\right]}$

共轭酸（如NH₄⁺）与共轭碱（如NH₃）的酸碱平衡式相乘，得到：

${\displaystyle K_{a}\times K_{b}={[H_{3}O^{+}][NH_{3}] \over [NH_{4}^{+}]}\times {[NH_{4}^{+}][OH^{-}] \over [NH_{3}]}=[H_{3}O^{+}][OH^{-}]}$

由于${\displaystyle {K_{w}}=[H_{3}O^{+}][OH^{-}]}$，因此${\displaystyle K_{a}\times K_{b}=K_{w}}$。

等式两边同时取对数，得：

${\displaystyle logK_{a}+logK_{b}=logK_{w}}$

最后等式两边同乘-1，结果为：

${\displaystyle pK_{a}+pK_{b}=pK_{w}=14.00}$

pH值可由已知的pOH值代入下式计算：

pH = pK_w - pOH，pK_w = 14.00

与弱酸类似，弱碱在水中也存在电离平衡，其反应平衡常数称作K_b，可作为碱强弱的量度。强碱电离过程完全，K_b值也较大。弱碱，如氨在溶于水时存在下列平衡：

${\displaystyle \mathrm {K_{b}={[NH_{4}^{+}][OH^{-}] \over [NH_{3}]}} }$

pH值计算涉及的H⁺浓度与OH⁻浓度通过水的离子积联系起来，K_w = 1.0x10⁻¹⁴，见水的自偶电离。强碱中H⁺浓度较低，即OH⁻浓度更高，K_b更大。

反应平衡

通常以碱的共轭酸百分比来描述弱碱的碱性强弱。若共轭酸浓度更大，则表明pH值更大，若更小则相反。弱碱的共轭酸浓度通常较低。

酸碱平衡式为：

${\displaystyle B(aq)+H_{2}O(l)\leftrightarrow HB^{+}(aq)+OH^{-}(aq)}$，B表示碱

${\displaystyle Percentage\ protonated={molarity\ of\ HB^{+} \over \ initial\ molarity\ of\ B}\times 100\%={[{HB}^{+}] \over [B]_{initial}}{\times 100\%}}$

式中[B]_initial表示假想的反应发生前碱的摩尔浓度。

例子

计算0.20 mol/L吡啶水溶液的pH及酸型所占的百分比，吡啶：C₅H₅N，K_b为1.8 x 10⁻⁹。

首先写出酸碱平衡反应式：

${\displaystyle \mathrm {H_{2}O(l)+C_{5}H_{5}N(aq)\leftrightarrow C_{5}H_{5}NH^{+}(aq)+OH^{-}(aq)} }$

${\displaystyle K_{b}=\mathrm {[C_{5}H_{5}NH^{+}][OH^{-}] \over [C_{5}H_{5}N]} }$

浓度列表，单位为mol/L：

	C5H5N	C5H6N+	OH−
初始浓度	0.20	0	0
浓度变化量	-x	+x	+x
平衡浓度	0.20 -x	x	x

将平衡浓度代入Kb计算式	${\displaystyle K_{b}=\mathrm {1.8\times 10^{-9}} ={x\times x \over 0.20-x}}$
假设x很小，可以忽略	${\displaystyle \mathrm {1.8\times 10^{-9}} \approx {x^{2} \over 0.20}}$
解出x	${\displaystyle \mathrm {x} \approx {\sqrt {0.20\times (1.8\times 10^{-9})}}=1.9\times 10^{-5}}$
检验 x << 0.20 的假设是否正确	${\displaystyle \mathrm {1} .9\times 10^{-5}\ll 0.20}$；因此近似可行
由pOH = -log [OH−]，[OH−]=x计算pOH	${\displaystyle \mathrm {p} OH\approx -log(1.9\times 10^{-5})=4.7}$
由pH = pKw - pOH	${\displaystyle \mathrm {p} H\approx 14.00-4.7=9.3}$
由[HB+] = x，[B]initial = 0.20计算酸型的百分比	${\displaystyle \mathrm {p} ercentage\ protonated={1.9\times 10^{-5} \over 0.20}\times 100\%=0.0095\%}$

即，有0.0095%的吡啶以共轭酸C₅H₆N⁺的形式存在。

常见的弱碱

• 丙氨酸——C₃H₅O₂NH₂
• 氨——NH₃
• 甲胺——CH₃NH₂
• 吡啶——C₅H₅N

参见

• 强碱
• 超强碱
• 弱酸
• 强酸
• 超强酸

参考资料

• Atkins, Peter, and Loretta Jones. Chemical Principles: The Quest for Insight, 3rd Ed., New York: W.H. Freeman, 2005.

外部链接

• https://archive.today/20010222063605/http://wine1.sb.fsu.edu/chm1046/notes/AcidBase/WeakBase/WeakBase.htm
• http://www.chemguide.co.uk/physical/acidbaseeqia/bases.html （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect16/lect16.htm （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• http://www.intute.ac.uk/sciences/reference/plambeck/chem1/p01154.htm （页面存档备份，存于互联网档案馆）