酸碱中和。酸性的东西要变成碱性,一定要消耗体内的碱。
酸碱理论
酸鹼化学 |
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酸 |
鹼 |
酸碱理论指阐述酸、碱及酸碱反应本质的各种理论。在历史上曾有多种酸碱理论,其中重要的包括:
目录
常用的酸碱理论
拉瓦锡的定义
拉瓦锡是最早提出酸碱概念的人。他在1776年左右提出一套酸碱理论。在那时,强酸主要是HNO3和H2SO4一类的含氧酸,基本上都含有氧元素和高氧化态的中心原子。因此拉瓦锡认为氧是酸中不可或缺的组分,将氧定义为酸生成者(οξυς γεινομαι),并且认为当时还未研究清楚成分的氢卤酸中也含有氧元素。这个定义一直推行了30年,直到1810年戴维证明了H2S、H2Te和卤化氢虽也属于酸,但不含氧原子。
李比希的定义
尤斯图斯·冯·李比希在研究了很多有机酸的组成后,于1838年左右提出一套酸碱理论,认为酸是含氢元素的物质,并且其中的氢可以被 金属原子替换。[1][2] 这个理论在推行了50年后,被更加全面的阿伦尼乌斯酸碱电离理论所替代。[3]
阿伦尼乌斯的定义
该理论以阿伦尼乌斯与威廉·奥斯特瓦尔德在1884年左右的研究为基础,相比其他酸碱理论更加简明易懂。阿伦尼乌斯本人也因此获得1903年的诺贝尔化学奖。
至于该理论中的酸碱定义,可用以下一句话来描述:
酸碱反应的本质是氢离子与氢氧根离子反应生成水。
- 2 H2O → OH− + H3O+[5]
因此在该理论下,酸碱反应生成盐和水的过程也被称作中和反应。[4]
- 酸+ + 碱− → 盐 + 水
碱的阳离子可与酸中的阴离子成盐。比如,两摩尔的氢氧化钠(NaOH)与一摩尔的硫酸(H2SO4)反应,产物是两摩尔水和一摩尔硫酸钠:
- 2NaOH + H2SO4 → 2 H2O + Na2SO4
布朗斯特和劳里的定义
丹麦化学家布朗斯特和英国化学家劳里于1923年分别提出酸碱质子理论,也称为布朗斯特-劳里酸碱理论。该理论认为,凡是能给出质子(H+)的物质都是酸,凡能接受质子的物质都是碱,而既能给出质子,也能接受质子的物质称为两性物质。[4][6][7] 酸和碱不是孤立的,它们通过质子互相联系,用通式可以表示为:
- 酸 → 碱 + 质子
这样的一对酸碱称为共轭酸碱对,其中的酸和碱分别称为相应物质的共轭酸及共轭碱。[4][7]
与阿伦尼乌斯酸碱理论不同的是,布朗斯特酸碱不仅限于电中性的分子,也包括带电的阴阳离子。而该理论之下的酸碱反应则是两对共轭酸碱对之间传递质子的反应,不一定生成盐和水:
- 酸1 + 碱2 → 碱1 + 酸2
- AH + B → A− + BH+
- HCl (aq) + H2O → H3O+ (aq) + Cl− (aq)
- CH3COOH + NH3 → NH4+ + CH3COO−
路易斯的定义
路易斯酸碱理论由吉尔伯特·牛顿·路易斯在1923年提出,[8] 结合了布朗斯特-劳里和酸碱溶剂理论的特点,在水溶液和非水溶剂中都有很广的应用。[9] 该理论着重探讨电子的给予与获得,[9]路易斯酸被定义为电子接受体,而路易斯碱则是电子给予体。
- Ag+ (酸) + 2 :NH3 (碱) → [H3N:Ag:NH3]+ (酸碱加合物)
路易斯酸与路易斯碱反应时,路易斯碱含有孤对电子的最高占有轨道(HOMO)向路易斯酸缺电子的最低未占轨道(LUMO)贡献电子生成配位键,产物称作酸碱加合物。[9] 在强极性分子如三氟化硼中,[9]电负性强的元素吸引电子,带有部分负电荷,电负性弱的元素则带有部分正电荷,孤对-成键电子(Lp-Bp)之间作用力超过成键-成键电子(Bp-Bp)之间的作用力。[9] 金属离子的加合物被称为配位化合物。[9]
溶剂理论
该理论與阿伦尼乌斯对所有自偶解离溶剂的定义有关。在这些溶剂中,存在中性溶剂分子与解离出的阳离子和阴离子之间的平衡:
非质子溶剂:
酸导致溶剂阳离子浓度上升,阴离子浓度下降;而碱则导致阳离子浓度下降,阴离子浓度上升。例如在液氨中,KNH2提供NH2−离子,是强碱,而NH4NO3提供NH4+离子,是强酸。在液态二氧化硫(SO2)中,亚硫酰基化合物是酸,提供SO2+离子;而亚硫酸盐提供SO32−离子,可看作碱。
该理论下,液氨中的酸碱反应包括:
硝酸在纯硫酸中是碱:
- HNO3 (碱) + 2H2SO4 → NO2+ + H3O+ + 2HSO4−
液态四氧化二氮中:
- AgNO3 (碱) + NOCl (酸) → N2O4 + AgCl
酸碱溶剂理论中,同一化合物在不同溶剂中可以改变其酸碱性质,比如HClO4在水中是强酸,在乙酸中是弱酸,而在氟磺酸中则是弱碱。
其他酸碱理论
Usanovich的定义
关于酸碱最基本的定义来自于俄罗斯化学家Mikhail Usanovich。根据该定义,只要是可以接受负电荷或放出正电荷,就是酸;反之则是碱。因为这个定义与氧化还原的定义有些重合,所以化学家并不是很倾向于使用这个定义。这是因为氧化还原主要集中讨论物理上的电子转移过程,而并非是键的形成与断裂过程,尽管要将两者完全区分是不可能的。
Lux-Flood的定义
這個定義由德國化學家Hermann Lux[10][11] 在1939年時所提出,其後Håkon Flood約在1947年作進一步的修正,[12] 现在主要用于现代熔盐的地球化学和电化学研究中。在该定义中,酸被定义为一个氧离子受体,而碱则是一个氧离子供体。例如:
- MgO (碱) + CO2 (酸) → MgCO3
- CaO (碱) + SiO2 (酸) → CaSiO3
- NO3− (碱) + S2O72− (酸) → NO2+ + 2SO42−[13]
皮尔逊的定义
1963年,[14] 拉斐尔·皮尔逊提出了一个高级的定性概念——软硬酸碱理论。1984年,在Robert Parr的协助下,该理论发展成为一个定量的理论。“硬”对应的是小的、高氧化态的粒子,这些粒子都很难被极化。相反,“软”是指大的,低氧化态的粒子,很容易被极化。软-软和硬-硬之间的酸碱反应最为稳定。这个理论在有机化学和无机化学均有应用。