高等有机化学 课件 酸碱理论

日期: 2025-10-12 04:02:14|浏览: 12|编号: 152511

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酸碱理论

说明酸碱各自特性及酸碱反应内在机理的不同学说,在发展过程中存在多种酸碱学说,较为关键的有:阿伦尼乌斯提出酸碱离解学说,布朗斯特与劳里提出酸碱质子交换学说,路易斯提出酸碱电子配位学说,以及溶剂化理论、软硬酸碱相互作用理论等,关于酸碱的最初认知始于英国科学家R.玻意耳的阐述。对酸和碱提出了更严谨的阐释:所有酸类物质都是含氢成分,不过这些氢原子需要具备易被金属取代的特性。碱类物质则定义为能够与酸发生反应并生成盐类的化学物质。尽管如此,他无法阐明为何部分酸表现出强反应性,而另一些酸则相对较弱。后来,瑞典科学家S.A.阿伦尼乌斯成功攻克了这一难题。

阿伦尼乌斯电离理论

阿伦尼乌斯酸碱理论源自阿伦尼乌斯电离理论,其核心观点为:酸与碱属于电解质,在水中能够解离,凡能解离出氢离子的物质即为酸,凡能解离出氢氧根离子的物质即为碱。水溶液里氢离子和氢氧根离子的含量能够被测定,因此该理论首次从精确的角度阐述了酸碱的特性,以及它们在化学变化中的表现方式,表明各类酸碱的电离程度存在显著差异,有的高达九十个百分点以上,有的仅百分之一,由此形成了强酸弱酸的区别,强碱弱碱的划分。强酸强碱在水中会完全解离,弱酸弱碱则只是部分解离。阿伦尼乌斯进一步阐明,多元酸与多元碱在溶解于水时逐步解离,能够释放多个氢离子的酸称为多元酸;能够释放多个氢氧根离子的碱称为多元碱,它们在解离过程中都是依次发生的。该理论还主张酸碱中和现象是酸解离产生的氢离子与碱解离产生的氢氧根离子相互作用的结果:H++OH-===H2O

阿伦尼乌斯酸碱理论也存在一些挑战,比如:在缺乏水的环境下,酸碱反应依然能够进行,例如氯化氢气体与氨气结合生成氯化铵,这些物质并未发生电离现象;将氯化铵溶解在液氨中,所得溶液表现出酸性特质,能够与金属反应生成氢气,也能使指示剂呈现不同颜色,然而氯化铵在液氨这一非水介质中并没有电离出氢离子。碳酸钠在溶液里不释放出氢氧根,依然算作碱类物质。要处理这些状况,需让酸碱定义摆脱溶剂影响,无论水基还是非水介质。酸碱定义也不能脱离化学变化单独存在,酸与碱彼此关联,并且都带有相对性。丹麦的J.N.布仑斯惕和英国的T.M.劳里攻克了这些难题,他们在1923年创建了酸碱质子学说。

酸碱质子理论(-Lowry质子理论)

布仑斯惕与劳里给出的酸碱解释是:所有能提供氢离子的物质,不论其形态是分子、原子还是离子,均被视为酸;所有能获取氢离子的物质,不论其形态是分子、原子还是离子,均被视为碱。酸与碱之间具备以下联系:

上式表明酸和碱是相互依赖的。在以下反应中:

HCl+H2O===H3O++Cl-

HCl和H3O+都能够释放出质子,它们都是酸:

H2O和Cl-都能够接受质子,它们都是碱:

上述反应称为质子传递反应,可用一个普遍反应式表示:

质子被一种分子或离子给出时,它必然被另一种分子或离子所获取,前者表现为酸性,后者则体现为碱性。酸与碱互换质子后形成的新酸和新碱,它们彼此之间构成共轭酸碱关系。

酸碱质子理论的长处在于:它拓宽了酸的认知范畴,只要物质能释放质子,无论其存在于水溶液、非水介质、气相环境或熔融形态,均被视为酸,比如NH4+、HCO3-、HSO4-、HS-、H2PO4-、HPO42-、H2O等物质就是酸类;同时它也扩展了碱的理解范围,凡是能接收质子的物质,例如NH3,都属于碱的类别。

因此,F离子,Cl离子,Br离子,I离子,HSO4离子,SO42离子等都属于碱种类的离子。③判断某个物质是酸性还是碱性,关键看它在酸碱反应中的具体表现。HCO3离子和NaOH反应时会释放出质子,在这个反应中,它充当了酸的角色:HCO3离子+NaOH→CO32离子+H2O。而当HCO3离子和HCl反应时,它会接受质子,此时就表现为碱的特性:

由此可见,酸和碱的概念具有相对性。

酸碱质子理论存在一些解释不了的现象,比如,它无法说明以下反应属于酸碱反应:CaO与SO3发生反应时,SO3表现出酸性,却没有释放质子;CaO显示出碱性,却未接受质子。此外,实验表明,像AlCl3、BCl3、SnCl4这类不含氢的化合物(它们不能释放质子)也能与碱发生反应,但酸碱质子理论无法说明它们为何是酸。

路易斯酸碱理论(Lewis酸碱理论)

1923年美国G.N.路易斯提出,没有必要将酸仅限于含氢物质,这一观点源于他认为氧化过程并非必须依赖氧元素参与。路易斯是共价键理论的奠基人,因此他更倾向于从结构角度为酸碱进行界定:碱是指含有未成对电子的化学物质,这些电子能够帮助其他原子构建稳定的电子排布。酸是能够接纳电子对的化学物质,它借助碱所含有的未成对电子,来使自身原子的电子层结构变得稳定。这个理论可以说明,有些物质即使不能释放出质子,也属于酸;有些物质即使没有接受质子,也属于碱。比如,CaO和SO3之间的反应就可以这样理解:

在这个过程中,氧化钙没有获得质子,不过它含有孤对电子,这些电子能够帮助SO3里的硫原子形成稳定的八电子结构,因此氧化钙属于碱性物质。SO3在反应时没有给出质子,但它的硫原子可以接受氧化钙中氧原子的孤对电子,从而构成稳定的八电子结构,由此可见SO3属于酸性物质。

路易斯酸碱理论阐述了众多有机反应本质上属于酸碱过程,诸如CH3+、C2H5+、CH3CO+这些物质均表现为酸性,它们分别同H+、OH-、C2H5O-这类碱性物质相互结合,最终生成CH4、H2O、等加合物。

然而,路易斯酸碱理论存在若干不足之处。诸如,部分氧化还原反应(诸如NaH与HCl反应生成NaCl和H2),亦可归类为酸碱相互作用过程。

实验过程中,研究者们观察到纯净的水虽然导电能力很弱,但并非完全不导电。分析表明,水中确实存在能够移动的氢和氢氧两种基本粒子。这些粒子的浓度乘积数值,当时已被精确测量出来,结果等于十的负十四次方。对于水分子如何分解成这些粒子的过程,人们普遍接受一种解释,即两个水分子会转变为一个带正电的水合氢离子和一个带负电的氢氧离子。

另外,当温度为25摄氏度时,测量到纯净水的导电率显示,氢离子和氢氧根离子的含量都是一乘以十的负七次方。在1909年,哥本哈根的一位化学家索伦森进一步建议,可以通过氢离子浓度的负对数,也就是pH值,来衡量氢离子的浓度。

为,依照电解质离解理论,酸碱界定看似清晰,不过20世纪初,众多新实验现象的出现,又引发了关于酸碱精确定义的讨论。当时诸多新发现中,最具象征意义的事实是,在测定醋酸钠对盐酸的库仑滴定时,其滴定曲线与用碱滴定盐酸时所得曲线极为相近。

早在1908年,英国曼彻斯特的学者拉普斯便通过研究水对醇溶液里酯化过程的作用,指出酸是氢离子的来源,碱则是氢离子的吸收者。1923年,英国剑桥的学者洛里,以及丹麦的布朗斯台德和比约鲁姆,分别又各自提出了更为广泛的酸碱定义。在这三人里,布朗斯台德使酸碱理论体系最为完善。依照布氏学说,酸是能够释放质子的那些分子或离子,它们充当质子给予体。

布朗斯台德认为,铵离子属于酸性物质,因为它能释放出质子变成NH3;氨则属于碱性物质,因为它能吸收质子。由此类推,酸里的阴离子能够充当碱的角色。因此,酸形成的盐通常带有碱性。布朗斯台德的理论还探讨了非含氢基团或离子成为质子供给体的必要条件。

路易斯在1923年提出了更为普遍的酸碱学说,并在1928年对其进行了深化。他以此学说将原子价电子理论作为基础,指出碱是包含未成对电子对的任何化合物,而酸则是能与这些电子对产生结合的物质。根据路易斯的观点,氧、三氧化硫、氢离子、铵根等物质属于酸性,氰根、氢氧根等物质则属于碱性。路易斯的理论能够说明诸多现象,例如,当对不含氢离子的溶液进行滴定时,指示剂为何会转变颜色。

苏联化学家乌萨诺维奇在路易斯等人研究之后,于1939年又提出了一种关于酸碱反应的新观点;很多不含质子的物质都可以被归类为酸或碱。实际上,乌萨诺维奇的理论建立在布朗斯台德理论之上,并对其进行了显著的扩充,最终形成了包罗万象的体系。他认为阳离子、阴离子或电子接受体都属于酸;而能够接受任何阳离子、阴离子和电子的物质则被定义为碱。这样一来,他把盐的合成过程,乃至氧化还原现象,都当作酸碱的作用方式了。因此,酸碱这个观念本身更加难以理解了。

布朗斯台德的理论有其优点也有其缺点,路易斯和乌萨诺维奇的理论同样如此,酸碱的定义和相关理论都需要进一步改进。

参考理论

1.理论,也叫“水-离子理论”

凡是水溶液里释放出氢离子的物质,都可以称作酸,释放出氢氧根离子的物质,则被称作碱。

它源于电离学说,是广为人知的传统酸碱理论,能够对酸碱的强弱程度进行精确衡量,可用于分析溶液的酸碱度数值,也可用于推算电解质的电离情况,还能用于评估缓冲液的作用效果,并且有助于确定物质的溶解状态。

不足之处在于无法解释Ac-,F-,(CO3)2-,NH3具备碱性;不能阐明NH3与HCl之间发生酸碱化合;错误地认定水中存在“NH4OH”成分;无法说明非质子型溶剂(如液氨、液氟化氢)和非质子溶剂(包括液态三氧化硫、四氧化二氮、氟化溴)中的酸碱相互作用;不能阐明无溶剂环境下(例如固体氧化钡与液态或气态三氧化硫反应生成固体硫酸钡)的酸碱反应过程

2.-Lowry理论,也叫“质子理论”

一种物质要是能够释放出氢离子,它就被称作酸,而一种物质假如能够吸收氢离子,它就被称为碱。

酸=碱 + 质子(H+)

意义和长处:创建了“配对酸碱”的学说;把酸碱理论从“液态水环境”拓展到“质子环境”。

缺点:不能用于非质子溶剂体系

3.溶剂体系理论

一种物质如果在溶液里能生成该溶液特有的阳离子,这种物质就称为酸,如果在溶液里能生成该溶液特有的阴离子,这种物质就称为碱。

这一现象具有显著价值,其特征在于自发形成离子对;借助该发现,酸碱观念得以拓展至非质子范畴;此外,它还能对诸多化学反应提供有效阐释

铁离子和碳酸氢根相遇,会生成氢氧化铁沉淀,同时释放出二氧化碳气体,这个反应尚未配平

②乙酸 + KH --> H2 + 乙酸钾

氯化铵和氨基钾发生反应,会生成氯化钾和氨气,该化学方程式尚未配平

氟化锑与氟化钾发生反应,会生成氟化钾锑,该反应是在液态溴氟化物环境中进行的,产物为液态形态

二氧化硫氯化物与亚硫酸铯发生反应会生成氯化铯和二氧化硫气体,这个反应在非水环境以及强酸性介质中能够顺利进行。

局限性在于仅适用于自电离溶剂环境;无法阐释苯、氯仿、醚等溶剂环境中的酸碱化学现象。

4.Lewis理论,也叫“电子理论”

一种物质若能给出电子对,便属于碱类,另一种物质若能接收电子对,则归类为酸。

酸 + 碱: = A:B

这种物质能够揭示不含质子的化学物质的酸碱特性,例如金属阳离子、缺电子化合物、极性双键分子(如典型的羰基化合物)、价层可扩展原子化合物(某些P区元素的配合物)、带有孤对电子的中性分子、含有C=C键的分子(如典型的蔡斯盐);它的使用范围非常广。

注意:Lewis碱包括全部碱,Lewis酸则不一定包括酸。

不足之处在于,当判定酸碱强度时,电子学说与质子学说存在某些分歧,比如在分析Zn2+的情况

5.Lux理论,也叫“氧负离子理论”

一种物质若能吸收氧阴离子O2-,则可称之为酸;一种物质若能产生氧阴离子O2-,则可称之为碱。

酸=碱 + O2-

其应用价值及长处在于,能够参与高温条件下的氧化物化学过程,对于金属加工、玻璃制造、陶瓷生产以及硅酸盐相关产业具有关键性意义。

缺点:适用面较小

6.HSAB理论,也叫“硬软酸碱理论”

硬质和软质酸碱的分类

这种解释方式实际上不能与前五种理论相提并论,它仅是Lewis理论的进一步发展,或者可以看作是其下的一个特殊情形。

定义

半径不大,带正电荷多,不容易变形的核心原子被归类为硬酸,半径较大,带正电荷少,容易变形的核心原子被归类为软酸。电负性强,不易变形且难以失去电子的配位原子被称作硬碱,电负性弱,易变形且容易失去电子的配位原子被称作软碱。

酸碱软硬分类理论依据性质差异划分。该理论由R.G.皮尔孙于1963年提出。此前,1958年S.阿尔兰德、J.查特与N.R.戴维斯已将金属离子区分两类。他们依据配位原子与Ag+、Hg2+、Pt2+结合的倾向,以及与Al3+、Ti4+结合的倾向做出此分类。a类金属离子涵盖碱金属,碱土金属,以及Ti4+、Fe3+、Cr3+、H+;b类金属离子则包含Cu+、Ag+、Hg2+、Pt2+。皮尔孙借鉴前人成果,建议用软硬酸碱理论来分辨金属离子与配位原子,硬酸涉及a类金属离子,硬碱涵盖H2O、F-等物质;软酸涉及b类金属离子,软碱涵盖H-、I-等物质;过渡酸涉及Fe2+、Cu2+等物质,过渡碱涵盖相应物质。

分类

皮尔孙揭示的酸碱相互作用准则为:强酸性物质更易同强碱性物质化合,弱酸性物质更易同弱碱性物质化合。这一准则虽源于实践经验,却具有广泛的适用性,具体表现在:各类取代过程都更倾向于生成强强、弱弱类型的化合物,强强、弱弱类化合物展现出更高的稳定性,而弱强类化合物则相对不稳定。硬溶剂更易溶解硬溶质,软溶剂更易溶解软溶质,很多有机化合物难以溶解在水中,这主要是因为水属于硬碱性质。催化作用是指通过催化剂来加速化学反应的过程。在有机化学领域,弗里德-克雷夫茨反应会使用无水氯化铝作为催化剂,这种物质是硬酸,它能与RCl中的硬碱Cl-相结合,从而实现活化作用。

酸碱离子理论

酸碱离子学说源于阿仑尼乌斯的电离观点,他提出这一理论。按照他的看法,能在水中解离出氢离子且不生成其他阳离子的物质被定义为酸。同时,能在水中解离出氢氧根离子且不生成其他阴离子的物质则被定义为碱。酸碱中和过程的核心是氢离子与氢氧根离子结合生成水分子。该理论曾取得显著成就,然而其不足之处也早已显现。氨气与氯化氢接触立刻生成氯化铵,该过程属于酸碱中和,但反应中不会产生水;此外氨的水溶液表现出碱性,过去曾错误地假定NH3与H2O结合生成弱电解质NH4OH,该物质随后会解离出OH-等离子。

阿仑尼乌斯的酸碱离子理论无法解释某些非水溶液中的酸碱反应现象,1923年布朗斯特提出了酸碱质子理论,从而扩展了酸碱的定义范围,酸碱质子理论指出,所有能够释放质子的物质都属于酸,所有能够与质子结合的物质都属于碱,也就是说,酸是质子的提供者,碱是质子的接受者。酸失去一个质子之后剩下的部分,就变成了碱,这主要是因为它原本就是与质子相连接的,它们之间的转换关系是这样的:酸会分解成一个质子以及它的共轭碱

这种配对称作酸碱的联动配对,公式中未标明HB与B可能携带的电荷状态。右侧的碱是左侧酸的对应碱,左侧的酸是右侧碱的对应酸,二者结合形成一个联动酸碱组合,它们之间的差异仅在于质子的有无。

通过前述案例可以明白,酸性物质与碱性物质既可能表现为分子形态,也可能体现为阳离子或阴离子形式。同时可以领会到,诸如HPO2-4之类的物质

这种物质,既能显现酸性特质,也能呈现碱性特征,因此属于兼具两种性质的物质。与此相似,水分子和碳酸氢根离子等,同样具备双重性质。

应当留意的是,依据酸碱质子理论,一种物质究竟属于酸还是酸碱加合物,要视具体反应情况而定。此观点与Lewis酸碱电子理论有相似之处。

二、共轭酸碱的强弱

共轭酸碱的离解常数存在固定联系。以醋酸为例进行说明:其Ka值与Kb值相互关联。

由于溶剂水的浓度不常数,所以它不出现在平衡常数式中。

用Kw代表,Kw即为水的离子积,这表明在固定温度下,水中氢离子浓度与氢氧根离子浓度的乘积是一个定值,因此 Ka乘以 Kb等于Kw,公式为2-7。

二十四摄氏度下,KW数值等于一乘以十的负十四次方,这个联系表明,若知晓酸的离解系数Ka,便能推算出其共轭碱的Kb,反之亦成立。Ka与Kb呈现互为倒数的关系,它们分别表征酸碱的强度,因此,在共轭酸碱体系内,酸的表现力越强,其对应碱的强度就越弱;碱的表现力越强,其对应酸的强度就越弱。表2-6列出了一些共轭厔碱对的强度次序。

表2-6 共轭酸碱的强度次序

酸性增强, 共轭酸强度增大, 在水中的电离平衡常数变大, 水溶液的酸度值减小, 共轭碱强度减弱, 碱性减弱

H3O+ 在水中的电离平衡常数为 5.4×10-2, 对应的 pKa 值为 1.27;HC2O-4 的电离平衡常数为 1.54×10, 对应的 pKa 值为 1.81;HSO-3 的电离平衡常数为 1.20×10-2, 对应的 pKa 值为 1.92;SO2-4 的电离平衡常数为 1.76×10-5, 对应的 pKa 值为 4.75;H3PO4 的电离平衡常数为 7.51×10-3, 对应的 pKa 值为 2.12;H2PO-4 的电离平衡常数为 4.6×10-4, 对应的 pKa 值为 3.37;HNO2 的电离平衡常数为 3.53×10-4, 对应的 pKa 值为 3.45;HF 的电离平衡常数为 1.77×10-4, 对应的 pKa 值为 3.75;HCOOH 的电离平衡常数为 5.4×10-5, 对应的 pKa 值为 4.27;C2O2-4 的电离平衡常数为 1.76×10-5, 对应的 pKa 值为 4.75;H2CO3 的电离平衡常数为 4.30×10-7, 对应的 pKa 值为 6.37;HCO-3 的电离平衡常数为 1.02×10-7, 对应的 pKa 值为 6.91;SO2-3 的电离平衡常数为 9.1×10-8, 对应的 pKa 值为 7.04;HS- 的电离平衡常数为 6.23×10-8, 对应的 pKa 值为 7.21;HPO2-4 的电离平衡常数为 5.68×10-10, 对应的 pKa 值为 9.25;NH+4 的电离平衡常数为 4.93×10-10, 对应的 pKa 值为 9.31;CH- 的电离平衡常数为 5.61×1011, 对应的 pKa 值为 10.25;CO2-3 的电离平衡常数为 2.4×10-12, 对应的 pKa 值为 11.62;HO-2 的电离平衡常数为 1.1×10-12, 对应的 pKa 值为 11.96;S2- 的电离平衡常数为 2.2×10-13, 对应的 pKa 值为 12.67;PO3-4 的电离平衡常数为 2.2×10-13, 对应的 pKa 值为 12.67;H2O 的电离平衡常数为 1.0×10-14, 对应的 pKa 值为 14.00;OH- 的电离平衡常数为 1.0×10-14, 对应的 pKa 值为 14.00。

依照酸碱质子学说的观点,酸碱在溶液中的强弱程度,既受到酸碱自身特性的影响,也受到溶剂特性的制约。我们能够测量的只是酸碱在特定溶剂环境中的相对强弱表现。即便是同一种酸或碱,当它溶解在不同的溶剂里时,所展现出的相对强度也会随之改变。HOAc在水中显现出酸性较弱,在液氨中则表现出酸性很强,缘于液氨对质子的吸引本领(即其碱性)远胜于水。这一现象有力地阐释了酸碱强度的相对性特征。

三、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。例如:

这种变化不论是在水溶液之内、苯之中还是气相之上,其核心内容完全相同。HCL属于酸性物质,它会给出氢离子给NH3,并自身转变为共轭碱CL-。NH3是碱性物质,它能够接收氢离子,进而转化为共轭酸NH4+。强碱成功获取了强酸释放的氢离子,最终形成了相对较弱的共轭酸与共轭碱。

酸碱质子理论拓展了酸碱的涵盖范围,同时,酸碱离解过程、中和现象、水解作用等,均可视为质子转移的酸碱互动。

这表明质子理论更加合理地阐释了酸碱间的相互作用,消除了酸碱反应必须限定在水中进行的条件,使非水介质或气体之间的酸碱行为得到了说明,同时将水溶液里发生的部分离子过程归纳为质子交换的酸碱过程,从而拓展了人们对酸碱及其反应机制的理解。酸性碱性质子学说无法说明那些不发生质子转移却仍表现出酸碱特性的物质,所以这个理论还存有某些不足之处。

路易斯倡导的酸碱电子学说应用范围最为广泛,属于酸碱理论的一种。该学说指出,凡是能够提供电子对的物质,都归类为碱;凡是能够接收电子对的物质,都定义为酸。也就是说,酸的本质是电子对接受体,而碱的本质是电子对给予体。因此,碱中提供电子的原子至少含有一对未参与成键的电子,而酸中接受电子的原子至少存在一个外层未填满电子的空轨道,用以容纳碱传递的电子对,这种基于路易斯理论定义的酸碱关系称为路易斯酸碱。例如,三氟化硼(BF3)属于路易斯酸,因为BF3分子内的B原子具备一个空轨道,能够作为电子的接受中心。氨分子里的氮原子带有两颗孤立的电子,它能够提供电子对,因此属于路易斯碱类物质。不过,酸碱电子理论所涵盖的酸碱种类过于庞杂,导致它在实际应用中的价值有所降低。

Lewis酸碱理论

目录

酸碱理论的发展

电子酸碱的定义

酸碱反应的基本类型

酸碱电子理论的不足

酸碱理论的发展

电子酸碱的定义

酸碱反应的基本类型

酸碱电子理论的不足

酸碱理论的发展

布朗斯特酸碱理论的关键在于分子或离子之间氢离子的交换,但它不能说明没有氢离子交换却仍有酸碱性质的反应现象。这一缺陷在布朗斯特理论提出的同时就被美国化学家路易斯.G.N的另一个更全面的酸碱理论所克服,不过这个理论直到三十年代才逐渐在化学领域获得认可。

酸碱电子学说,又称为广义酸碱学说或路易斯酸碱学说,由美国物理化学家路易斯在1923年创立,该学说主张:凡是能够接纳外来电子对的化学物质,包括分子、基团或离子,都属于酸;而凡是能够供给电子对的化学物质,同样涵盖分子、基团或离子,则属于碱。该理论涵盖的酸碱跨度极大,然而,它无法提供衡量酸碱相对强度的一致标准,也无法明确酸碱反应的进行趋势。此后,皮尔逊创立的软硬酸碱学说解决了这一理论的不足之处。

电子酸碱的定义

该理论认为:

凡是能够接纳外来电子对的分子、离子或原子基团称作路易斯酸,这种物质是电子对接受体,也可简称为受体。

凡分子、离子或原子团,若能提供电子对,则称作路易斯碱,此即电子对供给者,亦称给予体。

或者说:

路易斯酸是一种化学物质,它能够接受电子对,这种物质可以是原子、分子、离子或者原子团。

路易斯碱是指那些能够提供电子对的化学物质,它们可以是原子,分子,离子或者特定的原子组合体,这些物质的核心作用在于充当电子对供给者。

酸碱相互作用是电子对接受体和电子对给予体之间建立配位共价键的过程,这种反应会生成新的化学键。

路易斯酸的分类

配位化合物里,金属阳离子,比如铁离子和铜离子,分别是铁三价和铜二价,这些离子都是金属阳离子。

部分分子与离子,其核心原子即便达成八隅体构型,依然能够扩展配位层,从而容纳额外的电子对。例如,四氟化硅属于路易斯酸,可以与两个氟离子的电子对结合,最终构成二氟合硅酸根离子。

有些分子和离子的核心原子同样符合八电子规则,不过它们能够借助价层电子的重新分布来容纳额外的电子对,例如二氧化碳可以接收氢氧根离子里氧原子上的未成对电子

一些封闭型壳体分子能够借助其反键轨道来容纳外来电子对,碘在丙酮溶液中会显现出特有的棕黄色,这是由于I2分子的反键轨道接纳了丙酮里氧原子携带的孤对电子,进而形成了配合物(CH3)2COI2,此外,四氰基乙烯(TCNE)的π*轨道也具备接收一对孤对电子的能力。

常见的Lewis酸:

1.正离子、金属离子:钠离子、烷基正离子、硝基正离子

电子分子(缺电子化合物)包括三氟化硼,还包括三氯化铝,以及三氧化硫,另外还有二氯卡宾。

3.分子中的极性基团:羰基、氰基

在有机化学中Lewis酸是亲电试剂

路易斯碱的分类

1、 阴离子

含有孤对电子的分子,比如氨气,氧气,二氧化碳,甲醇,都是中性分子。

3、含有碳-碳双键的分子如CH2=CH2.

Lewis碱涵盖所有碱类物质,然而Lewis酸与酸类物质并不等同,例如HCl和HNO3属于酸,却不是Lewis酸,它们是酸碱形成的加合物。

常见的Lewis碱:

阴离子包括氯盐成分、羟基粒子、醇基粒子、双键烃类以及苯环类分子

2.带有孤电子对的化合物:氨、胺、醇、醚、硫醇、二氧化碳

在有机化学中Lewis碱是亲核试剂

注意:

Lewis的酸碱电子理论里仅包含酸类物质、碱类物质以及酸碱形成的络合物;该理论并未提及盐类物质的概念

酸碱电子理论指出,物质具体是酸还是碱,或者是酸碱配合物,需要根据实际发生的反应来判断。在某个反应里表现出酸的特性,该物质就是酸;在另一个反应里显示出碱的性质,它就是碱。不能脱离具体的化学反应去判断物质的酸碱性。同一种物质,在不同的反应条件下,可能充当酸的角色,也可能扮演碱的角色。

正离子通常表现为酸性,负离子通常表现为碱性;AlCl3, SnCl2, FeCl3, BF3, SnCl4, BCl3, SbCl5这些物质都是典型的路易斯酸。

4.这一理论的不足之处在于酸碱的特征不明显

酸碱反应的基本类型

根据酸碱电子论,可把酸碱反应分为以下四种类型:

酸碱化合作用属于酸碱化学过程,它涉及电子对接受体和电子对给予体,通过形成配位共价键完成,例如:

Ag+ +2∶NH3 = +

酸可以替换酸碱配合物里的酸,形成一种新的酸碱配合物,这种替换过程称为酸取代反应。

如: Al(OH)3 + 3H+= Al3+ + 3H2O

酸(H)替换了酸碱配合物Al(OH)里的酸(Al),生成了新的酸碱配合物H2O。

又如: + Hg = + Cd

汞取代了酸碱配合物里的镉,生成了另一种酸碱配合物。

碱能够替换酸碱配合物里的碱,从而形成一种新的酸碱配合物,这种替换过程就叫做碱取代反应。

铜离子和氢氧根离子发生反应,会生成氢氧化铜沉淀,同时释放出氨气

氢氧根离子替换了酸碱配合物里的氨分子,生成了铜氢氧化物这种新的酸碱配合物。

又如: + I ==AgI↓ + 2NH3

碘原子替换了酸碱化合物里的胺基,生成了别种酸碱化合物碘化银。

酸碱配合物间发生酸碱交换,产生两种不同的酸碱配合物,这种交换过程叫做双取代反应。

如: BaCl2 + = BaSO4+ 2NaCl

+ CH3OH = + H2O

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