酸碱质子理论

酸碱质子理论,又称布朗斯特-劳里碱酸理论,也称布-洛酸碱学说(英语:Brønsted–Lowry acid–base theory),是丹麦化学家约翰内斯·尼古劳斯·布朗斯特英国化学家托马斯·马丁·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:凡是可以释放质子氢离子,H+)的分子离子为酸(布朗斯特酸,B酸),凡是能接受氢离子的分子或离子则为碱(布朗斯特碱,B碱)。

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。

约翰内斯·布朗斯特(上)和马丁·劳里(下)

内容

编辑

水是两性物质,因此依反应物的不同,水可能是酸(释放质子),也可能是碱(接受质子)。例如在水和乙酸的反应中,水扮演的角色:

CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO + H3O+

生成物之一的乙酸根离子 CH3COO 是乙酸的共轭碱,而水合氢离子 H3O+ 则是水的共轭酸。

而在水和氨的反应中,水扮演酸的角色,其反应式如下:

H2O + NH3 ⇌ OH + NH4+

水提供一个氢离子给氨,而氢氧根离子则是水的共轭碱。

强酸(如盐酸)会完全离解,而弱酸(如乙酸)只会部分离解。酸度系数 pKa 是酸离解程度的指标,也可用来判断酸的强弱。

许多的化合物均可以依酸碱质子理论的方式,依其和水反应的情形,分类为酸或碱:如无机酸以及其衍生物(如磺酸磷酸)、羧酸碳负离子、 1,3-二酮(如乙酰丙酮乙酰乙酸乙酯米氏酸)...等。

和酸碱电子理论的关系

编辑

路易斯碱可以提供电子对,若此电子对可以和氢离子键结,则此路易斯碱也是布朗斯特碱。因此酸碱质子理论也可以适用在非水溶液的情形。一个给电子溶剂 S 可以用以下的方式接受氢离子:

AH + S: ⇌ A + SH+

在酸碱化学中典型的给电子溶剂,如二甲基亚砜或液氨,都有一个有孤对电子的氧原子或氮原子,可以和氢离子键结。

有些路易斯酸除了可以接收电子对外,也是布朗斯特酸。如铝离子 Al3+ 可以从水分子接受电子对,如以下的反应式

Al3+ + 6H2O → Al(H2O)63+

反应所生成的水合铝离子为弱的布朗斯特酸:

Al(H2O)63+ + H2O ⇌ Al(H2O)5OH2+ + H3O+ .....Ka = 1.7 x 10-5

全反应可以视为铝离子的水解

不过并非所有的路易斯酸都会产生对应的布朗斯特酸,如镁离子也是路易斯酸,可和六个水分子结合为水合镁离子

Mg2+ + 6H2O → Mg(H2O)62+

但此例中没有氢离子的转移,因为水合镁离子的Ka很小(Ka ~ 10−11),所释放的氢离子很少,可以忽略不计。

硼酸可以用来说明一个在水中不会离解的布朗斯特酸,仍然可以提供氢离子给水(在此为一种布朗斯特碱)。其反应为

B(OH)3 + 2H2O ⇌ B(OH)4 + H3O+

硼酸在反应中为路易斯酸,从一个水分子接收电子对,再提供一个氢离子给另一个水分子,因此也是布朗斯特酸。

参见

编辑

资料来源

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
pFad - Phonifier reborn

Pfad - The Proxy pFad of © 2024 Garber Painting. All rights reserved.

Note: This service is not intended for secure transactions such as banking, social media, email, or purchasing. Use at your own risk. We assume no liability whatsoever for broken pages.


Alternative Proxies:

Alternative Proxy

pFad Proxy

pFad v3 Proxy

pFad v4 Proxy