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15.1: 布朗斯特-劳里的酸和碱
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布朗斯特-劳里的酸和碱
 
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15.1: 布朗斯特-劳里的酸和碱

酸-碱 反应课已经学习了相当长的一段时间。 1680 年,罗伯特 · 波义耳报告了酸性溶液的特征,包括他们对多种物质的溶解能力,改变某些天然染料的颜色,以及在接触碱 (碱) 溶液后失去这些特征的能力。 在十八世纪,人们认识到,酸具有酸味,与石灰石反应以释放气体物质 (现称CO2) ,并与碱相互作用以形成中性物质。 1815 年, 汉弗里·戴维(Humphry Davy) 通过证明氢是酸的重要组成部分,为现代 酸-碱 概念的发展做出了巨大贡献。 与此同时, 约瑟夫·路易·盖-吕萨克(Joseph Louis Gay-Lussac) 得出结论认为,酸是可以中和碱的物质,这两类物质只能以相互的方式定义。 1884 年,当 斯万特·阿伦尼乌斯(Svante Arrhenius) 将一种酸定义为一种在水中溶解到产率氢阳离子 (现被认定为氢离子) 的化合物,以及一种在水中溶解到产率氢氧化物阴离子的碱化合物时,氢的重要性再次得到强调。

布朗斯特-劳里的酸和碱

约翰内斯 · 布朗斯特德和托马斯 · 洛里于 1923 年提出了一项更笼统的描述,其中酸和碱是根据氢离子H+的转移来定义的。 (请注意,这些氢离子通常被简单地称为质子,因为该次原子粒子是从最丰富的氢同位素 (H1) 中获得的阳离子中的唯一成分。) 将质子捐赠给另一种化合物的化合物称为 布朗斯特-劳里 酸,接受质子的化合物称为 布朗斯特-劳里 碱。 因此, 酸-碱 反应是质子从一种捐献物 (酸) 转移到一种接受物 (碱)。

共轭对的概念在描述 布朗斯特-劳里 酸-碱 反应 (以及其他可逆反应) 时很有用。 当一种酸向H+ 捐献时,残留的物种被称为该酸的偶联物碱,因为它在反向反应中作为质子受体反应。 同样,当碱接受H+ 时,它会被转化为偶联酸。 水和氨之间的反应表明了这一想法,如下所示。

 Eq1

方向上,水通过向氨中捐献质子并随后成为氢氧化物 (水的偶联物碱) ,成为一种酸。 氨在接受该质子时充当碱,成为氨的共轭酸铵离子 NH4+。 相反,氢氧化物离子在接受作为酸的铵离子质子时充当碱。

强酸和碱在溶液中完全分离。 它们的共轭酸和碱非常弱,不能分别捐赠或接受质子来进行反向反应;因此,在水溶液中,涉及强酸和碱的反应基本上会完成。 另一方面,弱酸和碱在溶液中部分分离,并分别产生弱偶联碱和酸。 这些弱偶联物酸或碱可执行反向反应,因此弱酸和碱的反应会达到平衡,具体取决于弱酸和碱的相对强度。 总之,较强的酸将产生同样较弱的偶联碱,而较强的碱将产生同样较弱的偶联酸,反之亦然。 表 1 描述了不同共轭酸碱对之间的关系。

强酸 非常弱的偶联碱
HCL CL
HNO3 NO3
弱酸 弱偶联碱
HF F
NH4+ 国家健康和安全报告
非常弱酸 强偶联碱
OH O2
甲烷 CH3

表 1 :几个共轭酸碱对的相对强度。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第14.4节:布朗斯特-劳里 酸和碱


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