酸碱质子理论

酸碱质子理论 酸碱质子理论(布朗斯特-劳里酸碱理论)是丹麦化学家布朗斯特和英国化学家汤马士?马丁?劳里于1923年各自独立提出的一种酸碱理论12。该理论认为:凡是可以释放质子(氢离子，H+)的分子或离子为酸(布朗斯特酸)，凡是能接受氢离子的分子或离子则为碱(布朗斯特碱)。 一、概述 当一个分子或离子释放氢离子，同时一定有另一个分子或离子接受氢离子，因此酸和碱会成对出现。酸碱质子理论可以用以下反应式说明: 酸 + 碱?共轭碱 + 共轭酸 酸在失去一个氢离子后，变成共轭碱;而碱得到失去一个氢离子后，变成共轭酸。以上反应可能以正反应或逆反应的方式来进行，不过不论是正反应或逆反应，均维持以下的原则:酸将一个氢离子转移给碱。 在上式中，酸和其对应的共轭碱为一组共轭酸碱对。而碱和其对应的共轭酸也是一组共轭酸碱对。 二、酸碱概念 酸碱离子理论是阿累尼乌其斯(Arrhenius)根据他的电离学说提出来的。他认为在水中能电离出氢离子并且不产生其它阳离子的物质叫酸。在水中能电离出氢氧根离子并且不产生其它阴离子的物质叫碱。酸碱中和反应的实质是氢离子和氢氧根离子结合成水。这个理论取得了很大成功，但它的局限性也早就暴露出来，倒台。例如气态氨与氯化氢反应迅速生成氯化铵，这个酸碱中和反应并未掺杂水的生成;又如氨的水溶液显碱性，曾被错误地认为是NH3和H2O形成弱电解质NH4OH分子，然后离解出OH-等。 由于阿累尼乌斯的酸碱离子理论不能解一些非水溶液中进行的酸碱反应等问题，1923年布朗特(Bronsted)提出了酸碱质子理论，把酸碱概念加以推广。酸碱质子理论认为凡是能给出质子的物质都是酸，凡是能与质 [1]子结合的物质都是碱。即酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。这样，一个酸给出质子后余下的部分自然就是碱，因为它本身就是与质子结合的。它们的关系如下: 这种关系叫做酸碱的共轭关系，式中略去了HB和B可能出现的电荷。右边的碱是左边酸的共轭碱，左边的酸是右边碱的共轭酸，两者组成一个共轭酸碱对，它们只差一个质子。 酸和碱可以是分子，也可以是阳离子和阴离子。还可以看出，像HPO2-4这样的物质，既表现酸，也表现为碱，所以它是两性物质。同理，H2O，HCO-3等也是两性物质。 三、共轭酸碱的强弱 用KW表示[H3O+][OH-]，KW称为水的离子积。这说明在一定温度下，水中的[H3O+]与[OH-]的乘积为一常数。所以 Ka?Kb=KW 24?时KW值为1.0×10-14.这个关系说明,只知道了酸的离解常数Ka,就可以计算出它的共轭碱的Kb，反之亦然。Ka和Kb是成反比的，而Ka和Kb正是反映酸和碱的强度，所以，在共轭酸碱对中，酸的强度愈大，其共轭碱的强度愈小;碱的强度愈大，其共轭酸的强度愈小。 根据酸碱质子理论，酸碱在溶液中所表现出来的强度，不仅与酸碱的本性有关，也与溶剂的本性有关。我们所能测定的是酸碱在一定溶剂中表现出来的相对强度。同一种酸或碱，如果溶于不同的溶剂，它们所表现的相对强度就不同。例如HOAc在水中表现为弱酸，但在液氨中表现为强酸，这是因为液氨夺取质子的能力(即碱性)比水要强得多。这种现象进一步说明了酸碱强度的相对性。 四、酸碱反应 酸碱质子理论中的酸碱反应是酸碱之间的质子传递 这个反应无论在水溶液中、苯或气相中，它的实质都是一样的。HCL是酸，放出质子给NH3，然后转变成共轭碱CL-，NH3是碱，接受质子后转变成共轭酸NH4+。强碱夺取了强酸放出的质子，转化为较弱的共轭酸和共轭碱。 酸碱质子理论不仅扩大了酸碱的范围，还可以把酸碱离解作用、中和反应、水解反应等，都看作是质子传递的酸碱反应。 由此可见，酸碱质子理论更好地解释了酸碱反应，摆脱了酸碱必须在水中才能发生反应的局限性，解决了一些非水溶剂或气体间的酸碱反应，并把水溶液中进行的某些离子反应系统地归纳为质子传递的酸碱反应，加深了人们对酸碱和酸碱反应的认识。但是酸碱质子理论不能解释那些不交换质子而又具有酸碱性的物质，因此它还存在着一定的局限性。 五、酸碱理论 布朗斯特(Bronsted)和劳莱(Lowry)在1923年提出的质子理论认为，凡是给出质子(H)的任何物质(分子或离子)都是酸;凡是接受质子(H)的任何物质都是碱。简单地说，酸是质子的给予体，而碱是质子的接受体。酸和碱之间的关系表示如下: 酸 质子(H)， 碱 按照酸碱质子理论，属于酸的有:HCl、HAc、NH4、[Al(H2O)6]、H2PO4-、HPO42-等。属于碱的有:NH3、[Al(H2O)5OH]2+、Cl-、Ac-、HPO42-、PO43-等。同时还可以看出，酸和碱是统一在对质子的关系上:酸放出质子后变成了碱，而碱接受质子后就变成了酸。为了表示它们之间的联系，常把酸 碱之间的这种关系叫做共轭酸碱对。酸放出质子后形成的碱，叫做该酸的共轭碱;碱接受质子后形成的酸，叫做该碱的共轭酸。我们把相差一个质子的对应酸碱，叫做共轭酸碱。 根据酸碱的质子理论，容易放出质子(H)的物质是强酸，而该物质放出质子后形成的碱就不容易同质子结合，因而是弱的碱。换言之，酸越强，它的共轭碱就越弱;反之，碱越强，它的共轭酸就越弱。 酸碱质子理论扩大了酸碱的含义及酸碱反应的范围，摆脱了酸碱必须发生在水中的局限性，解决了非水溶液或气体间的酸碱反应，并把在水溶液中进行的解离、中和、水解等类反应概况为一类反应，即质子传递式的酸碱反应。但是，该理论也有它的缺点，例如，对不含氢的一类化合物的酸碱性问题，却无能为力。 路易斯提出的酸碱电子理论是目前概括最广的酸碱理论。该理论认为，凡是能给出电子对的物质叫做碱;凡是能接受电子对的物质叫做酸。即酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。因此，碱中给出电子的原子至少有一对孤对电子(未成键的电子对)，而酸中接受电子的原子至少有一个空轨道(外层未填充电子的轨道)，以便接受碱给予的电子对，这种由路易斯定义的酸和碱叫做路易斯酸和路易斯碱。例如，三氟化硼(BF3)是路易斯酸，因为BF3中的B原子有一个空轨道是电子的接受体。NH3中N原子有一对孤对电子，是电子对的给予体，为路易斯碱。但是，由于酸碱电子理论概括的酸碱范围太宽，使其实用价值受到一定的限制。