1 酸碱理论
最初人们根据特性来区分酸碱,酸:能让石蕊试纸变红,带有酸味;碱:能使石蕊试纸变蓝,具有涩感。当酸与碱相互结合时,这些特性会随之消失。随着氧元素被人类发现,大家开始从成分角度理解酸碱,认为酸里必然含有氧元素。不过,后来盐酸等不含氧的酸被发现,又让人们意识到酸中肯定存在氢元素。
的电离学说,使人们对酸碱的认识发生了一个飞跃。
HA = H+ + A- 电离出的正离子全部是 H+ ,
MOH在溶解时会解离出正离子和负离子,其中正离子是氢离子,负离子则全部为氢氧根离子。
从平衡视角探究出了判定酸碱力度高低的依据,那就是 Ka 与 Kb 。 该理论在液体状态下效果显著。然而,其对于非液体环境的适配性,遭到了质疑。 试将以下两种反应情形进行对照分析:
两个水分子会分解成一个氢氧根离子和一个水合氢离子,氢氧化钠与盐酸反应会生成氯化钠和两分子水
溶剂自身的离解以及液态氮中发生的酸碱中和过程,无法借助该理论进行分析,主要原因是完全不满足酸碱定义的标准。
1 酸碱的定义
在反应中给出质子的物质叫做酸 在反应中接受质子的物质叫做碱
2 酸碱的共轭关系
酸给出质子后,变成碱,
同理,碱接受质子后,变成酸。故有: 酸 = 碱 + 质子
这两种酸碱之间存在着特定联系,它们互为共轭体。氯离子是盐酸的共轭碱,盐酸则是氯离子的共轭酸。水分子充当酸的角色时,其对应共轭碱为氢氧根;水分子充当碱的角色时,其对应共轭酸为水合氢离子。
H2O 能够释放出氢离子,表现为酸性,例如在反应 H2O = H+ + OH- 中就体现了这一点;H2O 也能够吸收氢离子,表现为碱性,例如在反应 H2O + H+ = H3O+ 中就显示了这种性质。具备既能释放氢离子又能吸收氢离子的特性的物质,被称为两性物质。要确定某个物质是酸性还是碱性,必须结合具体反应,依据氢离子得失情况来分析。
强酸的电离
弱酸的电离平衡
弱碱的电离平衡
中和反应
弱酸盐的水解
弱碱盐的水解
酸碱相互作用的核心在于氢离子的传递,氢离子由酸性物质流向碱性物质,由此产生新的酸性物质和新的碱性物质。
拉平效应和分辨效应
酸性的强弱取决于其释放质子的倾向程度,同时也要考虑碱体获取质子的难易程度。分析 HClO4、H2SO4、HCl 和 HNO3 这几种酸,在 H2O 溶液里,因为水分子对质子的亲和力,这四种酸都会彻底离解,因此无法根据电离程度来判定它们的相对强度。若置于醋酸溶液中,醋酸接受质子的本领远逊于水,即便四种物质释放质子的倾向保持不变,在醋酸溶液里它们也会部分解离,因此依据电离常数的大小,能够判断它们酸性的相对强弱
因此这四种物质按照酸性由强到弱排列依次为 HClO4 , H2SO4 , HCl , HNO3 。醋酸能够区分这四种物质,醋酸是这四种物质的区分试剂;而水则使这四种物质的效果趋于一致,水是这四种物质的统一试剂
酸碱的强弱
对于多数弱酸,水能够充当鉴定媒介,借助它们在水溶液中的电离平衡数值来判别酸性强弱程度。酸性强弱排列次第为:
HClO4
硫酸强于水合氢离子,水合氢离子强于氟化氢,氟化氢强于醋酸,醋酸强于铵根离子,铵根离子强于水,水强于硫氢根离子。
HCl
HNO3
Ka能显示酸在水里释放质子的本领,比如醋酸。
怎样知道它的共轭碱 Ac- 能够吸收 H+ 呢?它的碱式电离常数是 Kb。不过,从水解平衡的角度来看,这个 Kb 实际上就是 Kh。由此可以看出,任何一对共轭酸碱的 Ka 和 Kb 都遵循着某种联系。
或 Ka 与 Kb 等于 Kw , Ka 和 Kb 相乘的结果是一个定值。
在共轭酸碱对里,若酸的电离常数数值较高,那么相应碱的碱性就会较弱,因此可以根据酸的强度排列,推断出共轭碱的相对强弱。
ClO4-
HSO4- < H2O < F- < Ac- < NH3 < OH- <
Cl-
NO3-
反应的方向
酸碱相互作用时,氢离子总是从酸性物质流向碱性物质,从而形成较弱的酸和较弱的碱。比如,盐酸与水混合后,会变成水合氢离子和氯离子。
强酸 强碱 弱酸 弱碱
又如反应 HAc + H2O = H3O+ + Ac-
弱酸 弱碱 强酸 强碱
反应自发进行的方向是从右向左, 从强酸强碱生成弱酸弱碱。
硝酸在水中彻底电离,其解离出的氢氧根离子比水分子更强,必然与水分子作用,产生水合氢离子和硝酸根离子。由此可以断定:水溶液中能够大量存在的最强酸是水合氢离子。同样道理,水溶液中能够大量存在的最强碱是氢氧根离子。比 OH- 更强的碱,如 将与 H2O 反应生成 OH-
质子理论在解释某些化学现象时存在不足之处:对于那些不含质子的物质,例如,难以进行有效归类,而对于那些没有质子发生转移的反应,例如
+ Cl- = AgCl 也难以讨论
1 酸碱的定义
凡是能提供电子对的物质都是碱,碱是电子对的给予体。如,
OH- , CN- , NH3 , F- 等。
凡是能接受电子对的物质都是酸,酸是电子对的接受体。如,
H+ , BF3 , Na+ , Ag+ 等。
2 酸碱反应和酸碱配合物
酸碱的判定需结合实际反应来分析,多数金属离子表现为 Lewis 酸性,多数负离子则呈现碱性特征,酸碱相互作用的结果通常形成酸碱络合物。
3 取代反应
酸取代反应
酸 H+ 取代了酸碱配合物2+中的酸 。
H+ 取代了酸碱配合物 Al(OH)3 中的 。
碱取代反应
OH- 取代 NH3 。
双取代反应
两种酸碱配合物交换成分。
酸碱的电子理论适用范围很广,许多物质都能被归类为酸,碱或它们的化合物,多数化学反应都可以看作是酸,碱及其化合物之间的相互作用。这个理论有一个缺点,就是酸碱的性质界定得不够清晰。