1887年,瑞典化學家阿侖尼烏斯( S. A. Arrhenius) 提出了酸堿電離理論。該理論立論 于水溶液中電解質的解離。
簡介
大多數化學反應都是在水溶液中進行的,其反應物主要是酸、堿、鹽。酸、堿、鹽之間的反應,實質上是離子間的反應。掌握酸堿反應的本質和規律,是化學研究領域的璽要內容。在活的有機體中,酸堿性起著重要作用。很多藥物本身就是酸或堿,它們的制備、分析測定條件及藥理學作用等都與酸堿性、酸堿電離平衡有著承要關系。
基本觀點
(1)在水溶液中解離出的陽離子全部是氫離子的物質稱為酸;解離出的陰離子全部是氫氧根的物質稱為堿;
(2)是酸的特征離子,是堿的特征離子;
(3)酸堿反應的實 質 是 和 相互作用結合成 的反應;
(4)酸堿的相對強弱可以根據它們在水溶液 中解離出 或 程度的大小來衡量。
意義和局限性
電離理論在一定程度上提高了人們對酸堿本質的認識,對化學科學的發展起了很大 作用,但它把酸和堿限制在以水為溶劑的體系中,對于非水體系和無溶劑體系都不適用,具有明顯的局限性。
理論發展
酸堿質子理論
由于阿侖尼烏斯的酸堿離子理論不能解一些非水溶液中進行的酸堿反應等問題,1923年布朗斯特(Br?nsted)和勞里(Lowry)提出了酸堿質子理論。
布朗斯特(Br?nsted)和勞萊(Lowry)在1923年提出的質子理論認為,凡是給出質子的任何物質(分子或離子)都是酸;凡是接受質子的任何物質都是堿。簡單地說,酸是質子的給予體,而堿是質子的接受體。酸和堿之間的關系表示如下:
酸 =質子+ 堿
酸和堿是統一在對質子的關系上:酸放出質子后變成了堿,而堿接受質子后就變成了酸。為了表示它們之間的聯系,常把酸堿之間的這種關系叫做共軛酸堿對。酸放出質子后形成的堿,叫做該酸的共軛堿;堿接受質子后形成的酸,叫做該堿的共軛酸。我們把相差一個質子的對應酸堿,叫做共軛酸堿對。
根據酸堿的質子理論,容易放出質子的物質是強酸,而該物質放出質子后就不容易形成堿,同質子結合能力弱,因而是弱的堿。換言之,酸越強,它的共軛堿就越弱;反之,堿越強,它的共軛酸就越弱。
根據酸堿質子理論,酸堿在溶液中所表現出來的強度,不僅與酸堿的本性有關,也與溶劑的本性有關。我們所能測定的是酸堿在一定溶劑中表現出來的相對強度。同一種酸或堿,如果溶于不同的溶劑,它們所表現的相對強度就不同。例如HAc在水中表現為弱酸,但在液氨中表現為強酸,這是因為液氨奪取質子的能力(即堿性)比水要強得多。這種現象進一步說明了酸堿強度的相對性。
酸堿電子理論
布朗斯特酸堿理論概念的核心系于分子或離子間的質子轉移,顯然無法對不涉及質子轉移,但卻具有酸堿特征的反應做解釋。這一不足在布朗斯特概念提出的同年由美國化學家吉爾伯特·路易士提出的另一個更廣的酸堿概念所彌補,但后者直到20世紀30年代才開始在化學界產生影響.
酸堿電子理論認為:凡能接受電子對的物質(分子、離子或原子團)都稱為酸,凡能給出電子對的物質(分子、離子或原子團)都稱為堿。酸是電子對的受體,堿是電子對的給體,它們也稱為路易斯酸和路易斯堿。酸堿反應的實質是堿提供電子對與酸形成配位鍵,反應產物稱為酸堿配位化合物。
該理論認為:
凡是能夠接受外來電子對的分子、離子或原子團稱為路易斯酸(Lewis acid),即電子對接受體,簡稱受體;
凡是能夠給出電子對的分子、離子或原子團稱為路易斯堿(Lewis base),即電子對給予體,簡稱給體。
或者說:
路易斯酸(Lewis acid)是指能作為電子對接受體(Electron pair acceptor)的原子,分子,離子或原子團;
路易斯堿(Lewis base)則指能作為電子對給予體(Electron pair donor)的原子,分子,離子或原子團;
酸堿反應是電子對接受體與電子對給予體之間形成配位共價鍵的反應。
路易斯酸的分類
1、配位化合物中的金屬陽離子。
2、有些分子和離子的中心原子盡管滿足了8電子結構,仍可擴大其配位層以接納更多的電子對。
3、另一些分子和離子的中心原子也滿足8電子結構,但可通過價層電子重排接納更多的電子對。
4、某些閉合殼層分子可通過其反鍵分子軌道容納外來電子對。碘的丙溶液呈現特有的褐色,是因為分子反鍵軌道接納丙酮中氧原子的孤對電子形成配合物。
常見的Lewis酸:
⒈正離子、金屬離子:鈉離子、烷基正離子、硝基正離子
⒉受電子分子(缺電子化合物):三氟化硼、氯化鋁、三氧化硫、二氯卡賓
在有機化學中Lewis酸是親電試劑
路易斯堿的分類
1、陰離子;
2、具有孤對電子的中性分子;
3、含有碳-碳雙鍵的分子。
Lewis堿顯然包括所有Bronsted堿,但Lewis酸與Bronsted酸不一致,如HCl是Bronsted酸,但不是Lewis酸,而是酸堿加合物。
常見的Lewis堿:
在有機化學中Lewis堿是親核試劑
注意:
⒈Lewis酸堿電子理論中只有酸、堿和酸堿配位化合物,沒有鹽的概念;
⒉在酸堿電子理論中,一種物質究竟屬于堿,還是屬于酸,還是酸堿配合物,應該在具體反應中確定。在反應中起酸作用的是酸,起堿作用的是堿,而不能脫離具體反應來辨認物質的酸堿性。同一種物質,在不同的反應環境中,既可以做酸,也可以做堿;
⒊正離子一般起酸的作用,負離子一般起堿的作用;
⒋這一理論的不足之處在于酸堿的特征不明顯。
酸堿電子理論不足
酸堿電子理論擴大了酸堿范圍,可把酸堿概念用于許多有機反應和無溶劑反應。這是它的優點。它的缺點是這一理論包羅萬象,使酸堿特征不明顯,同時,如果選擇不同的反應對象,酸或堿的強弱次序也可能不同,它對確定酸堿的相對強弱來說,沒有統一的標度,對酸堿的反應方向難以判斷。
參考資料 >