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、鹼、鹽。酸 、鹼 、鹽之間的反應,實質上是離子間的反應。掌握酸鹼反應的本質和規律,是化學研究領域的璽要內容。在活的有機體中,酸鹼性起著重要作用。很多藥物本身就是酸或鹼,它們的製備、分析測定條件及藥理作用等都與酸鹼性、酸鹼電離平衡有著承要關係。
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離子的物質稱為鹼;
(2)是酸的特徵離子,是鹼的特徵離子;
(3)酸鹼反應的實 質 是和相互作用結合成 的反應;
(4)酸鹼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鹼本質的認識,對化學科學的發展起了很大 作用,但它把酸和鹼限制在以水為溶劑的體系中,對於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
酸鹼質子理論
由於阿侖尼烏斯的酸鹼離子理論不能解一些非水溶液中進行的酸鹼反應等問題,1923年布朗斯特(Brönsted)和勞里(Lowry)提出了酸鹼質子理論。
布朗斯特(Brönsted)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鹼。簡單地說,酸是質子的給予體,而鹼是質子的接受體。酸和鹼之間的關係表示如下:
酸 =質子+ 鹼
酸和鹼是統一在對質子的關係上:酸放出質子後變成了鹼,而鹼接受質子後就變成了酸。為了表示它們之間的聯繫,常把酸鹼之間的這種關係叫做共軛酸鹼對。酸放出質子後形成的鹼,叫做該酸的共軛鹼;鹼接受質子後形成的酸,叫做該鹼的共軛酸。我們把相差一個質子的對應酸鹼,叫做共軛酸鹼對。
根據酸鹼的質子理論,容易放出質子的物質是強酸,而該物質放出質子後就不容易形成鹼,同質子結合能力弱,因而是弱的鹼。換言之,酸越強,它的共軛鹼就越弱;反之,鹼越強,它的共軛酸就越弱。
根據酸鹼質子理論,酸鹼在溶液中所表現出來的強度,不僅與酸鹼的本性有關,也與溶劑的本性有關。我們所能測定的是酸鹼在一定溶劑中表現出來的相對強度。同一種酸或鹼,如果溶於不同的溶劑,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(即鹼性)比水要強得多。這種現象進一步說明了酸鹼強度的相對性。
酸鹼電子理論
布朗斯特酸鹼理論概念的核心繫於分子或離子間的質子轉移,顯然無法對不涉及質子轉移,但卻具有酸鹼特徵的反應做解釋。這一不足在布朗斯特概念提出的同年由美國化學家路易斯提出的另一個更廣的酸鹼概念所彌補,但後者直到20世紀30年代才開始在化學界產生影響.
酸鹼電子理論認為: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)都稱為鹼。酸是電子對的受體,鹼是電子對的給體 ,它們也稱為路易斯酸和路易斯鹼。酸鹼反應的實質是鹼提供電子對與酸形成配位鍵, 反應產物稱為酸鹼配合物。
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鹼(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;
路易斯鹼(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;
酸鹼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儘管滿足了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。碘的丙酮溶液呈現特有的棕色,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、三氯化鋁、三氧化硫、二氯卡賓
在有機化學中Lewis酸是親電試劑
路易斯鹼的分類
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鹼顯然包括所有Bronsted鹼,但Lewis酸與Bronsted酸不一致,如HCl是Bronsted酸,但不是Lewis酸,而是酸鹼加合物。
常見的Lewis鹼:
⒈負離子:鹵離子、氫氧根離子、烷氧基離子、烯烴、芳香化合物
⒉帶有孤電子對的化合物:氨、氰、胺、醇、醚、硫醇、二氧化碳
在有機化學中Lewis鹼是親核試劑
注意:
⒈Lewis酸鹼電子理論中只有酸、鹼和酸鹼絡合物,沒有鹽的概念;
⒉在酸鹼電子理論中,一種物質究竟屬於鹼,還是屬於酸,還是酸鹼配合物,應該在具體反應中確定。在反應中起酸作用的是酸,起鹼作用的是鹼,而不能脫離具體反應來辨認物質的酸鹼性。同一種物質,在不同的反應環境中,既可以做酸,也可以做鹼;
⒊正離子一般起酸的作用,負離子一般起鹼的作用;
⒋這一理論的不足之處在於酸鹼的特徵不明顯。
酸鹼電子理論不足
酸鹼電子理論擴大了酸鹼範圍,可把酸鹼概念用於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,使酸鹼特徵不明顯,同時,如果選擇不同的反應對象,酸或鹼的強弱次序也可能不同,它對確定酸鹼的相對強弱來說,沒有統一的標度,對酸鹼的反應方向難以判斷。