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15.1: 布朗斯特德-劳里酸和碱
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布朗斯特德-劳里酸和碱
 
文字本

15.1: 布朗斯特德-劳里酸和碱

酸碱反应类的研究已经相当长一段时间了。1680年,Robert Boyle报告了酸溶液的特征,包括它们溶解许多物质、改变某些天然染料的颜色以及在与碱(碱)溶液接触后失去这些特性的能力。在十八世纪,人们认识到酸有酸味,与石灰石反应,释放一种气体物质(现在已知为二氧化碳),并与碱物相互作用,形成中性物质。1815年,汉弗莱·戴维通过证明氢是酸的基本成分,为现代酸碱概念的发展做出了巨大贡献。大约在同一时间,约瑟夫·路易斯·盖伊-卢萨克得出结论,酸是能够中和碱基的物质,这两类物质只能根据彼此的定义。1884年,当斯万特·阿雷纽斯将酸定义为溶解在水中产生氢离子(现在被确认为氢离子)的化合物,将基质定义为溶解在水中产生氢氧化物的化合物时,氢的重要意义被重新强调。

布伦斯特德-劳里酸和碱

约翰内斯·布伦斯特德和托马斯·劳里在1923年提出了一个更笼统的描述,其中酸和碱基的定义是氢离子的转移,H+。(请注意,这些氢离子通常仅称为质子,因为亚原子粒子是来自最丰富的氢同位素 1H.将质子捐赠给另一种化合物的化合物称为布伦斯特德-劳里酸,接受质子的化合物称为布伦斯特德-劳里碱基。因此,酸碱反应是质子从供体(酸)转移到接受者(碱)。

结合对的概念在描述布伦斯特德-劳里酸碱反应(以及其他可逆反应)方面很有用。当酸捐献H+时,残留的物种被称为酸的结合基,因为它作为质子接受者在反向反应中发生反应。同样,当一个碱基接受H+时,它被转换成其共聚酸。水和氨之间的反应说明了这个想法,如下图所示。

 Eq1

在前进方向上,水的作用是将质子捐赠给氨,然后成为氢氧化物离子OH-,水的结合基座。氨作为接受这种质子的基础,成为氨的铵离子,NH4+,氨的结合酸。相反,羟基离子作为接受铵离子质子的基础,铵离子作为酸。

强酸和碱基在溶液中完全分离。它们的结合酸和碱基极其薄弱,不能分别捐赠或接受质子进行反向反应:因此,在水溶液中,涉及强酸和碱基的反应基本上要完成。另一方面,弱酸和碱基在溶液中部分分离,并分别产生弱连体碱基和酸。这些弱结合酸或碱基可以进行反向反应,因此弱酸和碱基的反应根据弱酸和碱基的相对强度达到平衡。总之,较强的酸将产生同样较弱的结合碱基,而较强的碱基将产生同样较弱的结合酸,反之亦然。表1描绘了不同连体酸碱对之间的关系。

强酸 非常薄弱的结合基础
盐酸 克莱-
海诺3 3+
弱酸 弱结合基础
高频 F+
NH4+ NH3
非常弱的酸 强大的结合基地
+ O2+
CH4 CH3+

表1: 几个结合酸碱对的相对强度。

本文改编自 开放,化学2e,第14.4节布伦斯特德-劳里酸和基础


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