酸碱质子理论

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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英国化学家湯馬士·馬丁·劳里于1923年各自独立提出的一种酸碱理论[1][2]。该理论认为:凡是可以释放質子氫離子,H+)的分子离子为酸(布朗斯特酸),凡是能接受氫離子的分子或离子則为碱(布朗斯特碱)。

當一個分子或離子釋放氫離子,同時一定有另一個分子或離子接受氫離子,因此酸和鹼會成對出現。酸碱质子理论可以用以下反應式說明:

酸 + 鹼 化学平衡符号 共軛鹼 + 共軛酸

酸在失去一個氫離子後,變成共軛鹼;而鹼得到失去的一個氫離子後,變成共軛酸。以上反應可能以正反應或逆反應的方式來進行,不過不論是正反應或逆反應,均維持以下的原則:酸將一個氫離子轉移給鹼。

在上式中,酸和其對應的共軛鹼為一組共軛酸鹼對。而鹼和其對應的共軛酸也是一組共軛酸鹼對。

簡介[编辑]

水是兩性物質,因此依反應物的不同,水可能是酸(釋放質子),也可能是鹼(接受質子)。例如在水和乙酸的反應中,水扮演的角色:

CH3COOH + H2O 化学平衡符号 CH3COO + H3O+

生成物之一的乙酸根離子 CH3COO 是乙酸的共軛鹼,而水合氫離子 H3O+ 則是水的共軛酸。

而在水和氨的反應中,水扮演酸的角色,其反應式如下:

H2O + NH3 化学平衡符号 OH + NH4+

水提供一個氫離子給氨,而氫氧根離子則是水的共軛鹼。

強酸(如鹽酸)會完全解離,而弱酸(如乙酸)只會部份解離。酸度係數 pKa 是酸解離程度的指標,也可用來判斷酸的強弱。

許多的化合物均可以依酸碱质子理论的方式,依其和水反應的情形,分類為酸或鹼:如無機酸以及其衍生物(如磺酸膦酸)、羧酸碳負離子、 1,3-二酮(如乙醯丙酮乙醯乙酸乙酯米氏酸)……等。

酸碱质子理论和酸碱电子理论的關係[编辑]

路易士鹼可以提供電子對,若此電子對可以和氫離子鍵結,則此路易士鹼也是布朗斯特鹼。因此酸碱质子理论也可以適用在非水溶液的情形。一個給電子溶劑 S 可以用以下的方式接受氫離子:

AH + S: 化学平衡符号 A + SH+

在酸鹼化學中典型的給電子溶劑,如二甲基亞碸或液氨,都有一個有孤對電子的氧原子或氮原子,可以和氫離子鍵結。

有些路易士酸除了可以接收電子對外,也是布朗斯特酸。如鋁離子 Al3+ 可以從水分子接受電子對,如以下的反應式

Al3+ + 6H2O → Al(H2O)63+

反應所生成的水合鋁離子為弱的布朗斯特酸:

Al(H2O)63+ + H2O 化学平衡符号 Al(H2O)5OH2+ + H3O+ .....Ka = 1.7 x 10-5

全反應可以視為鋁離子的水解

不過並非所有的路易士酸都會產生對應的布朗斯特酸,如鎂離子也是路易士酸,可和六個水分子結合為水合鎂離子

Mg2+ + 6H2O → Mg(H2O)62+

但此例中沒有氫離子的轉移,因為水合鎂離子的Ka很小(Ka ~ 10−12),所釋放的氫離子很少,可以忽略不計。

硼酸可以用來說明一個在水中不會解離的布朗斯特酸,仍然可以提供氫離子給水(在此為一種布朗斯特鹼)。其反應為

B(OH)3 + 2H2O 化学平衡符号 B(OH)4 + H3O+

硼酸在反應中為路易士酸,從一個水分子接收電子對,再提供一個氫離子給另一個水分子,因此也是布朗斯特酸。

参见[编辑]

資料來源[编辑]

  1. ^ R.H. Petrucci, W.S. Harwood, and F.G. Herring, General Chemistry (8th edn, Prentice-Hall 2002), p.666
  2. ^ G.L. Miessler and D.A. Tarr, Inorganic Chemistry (2nd edn, Prentice-Hall 1998), p.154
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