布朗斯特酸
1932年丹麦化学家布朗斯特和英国化学家劳里提出的理论
亦称“酸碱质子理论”。由丹麦化学家布朗斯特和英国化学家劳里于1923年提出。他们认为凡能释放质子分子离子(如H2O、HCL、NH4 、H2SO4等)称为;凡能接受质子的分子或离子(如H2O、NH3、Cl等)称为。因此,一种酸释放质子后即成为碱,称为该酸的共轭碱;同样一种碱与质子结合后,形成对应的酸,称为该碱的共轭酸。当一个分子或离子释放氢离子,同时一定有另一个分子或离子接受氢离子,因此酸和碱会成对出现。
公式及解释
酸 + 碱 ===共轭碱 + 共轭酸
酸在失去一个氢离子后,变成共轭碱;而碱得到一个氢离子后,变成共轭酸。以上反应可能以正反应或逆反应的方式来进行,不过不论是正反应或逆反应,均维持以下的原则:酸将一个氢离子转移给碱。
在上式中,酸和其对应的共轭碱为一组共轭酸碱对。而碱和其对应的共轭酸也是一组共轭酸碱对。
从平衡观点看,弱酸的共轭碱是强碱,强酸的共轭碱是弱碱,因此依据平衡常数的大小能判断酸碱的强度,并能进一步了解它们的稳定性。该理论对于研究因质子转称而导致的互变异构现象、分子重排反应等的历程有一定的帮助。但由于该理论仅限于得失质子,故有较显著的局限性。
详解
水是两性物质,因此依反应物的不同,水可能是酸(释放质子),也可能是碱(接受质子)。例如在水和乙酸的反应中,水扮演碱的角色:
CH3COOH + H2O === CH3COO- + H3O+
生成物之一的乙酸根离子 CH3COO- 是乙酸的共轭碱,而水合氢离子 H3O+ 则是水的共轭酸。
而在水和氨的反应中,水扮演酸的角色,其反应式如下:
H2O + NH3 === OH- +NH4+
水提供一个氢离子给氨,而氢氧根离子则是水的共轭碱。
强酸(如盐酸)会完全解离,而弱酸(如乙酸)只会部份解离。酸度系数 pKa 是酸解离程度的指标,也可用来判断酸的强弱。
许多的化合物均可以依酸碱质子理论的方式,依其和水反应的情形,分类为酸或碱:如无机酸以及其衍生物(如磺酸、膦酸)、羧酸、胺、碳负离子、 1,3-二酮(如乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、米氏酸)……等。
关系
路易士碱可以提供电子对,若此电子对可以和氢离子键结,则此路易士碱也是布朗斯特碱。因此酸碱质子理论也可以适用在非水溶液的情形。一个给电子溶剂 S 可以用以下的方式接受氢离子:
AH + S: ===A- + SH+
在酸碱化学中典型的给电子溶剂,如二甲基亚砜或液氨,都有一个有孤对电子的氧原子或氮原子,可以和氢离子键结。
有些路易士酸除了可以接收电子对外,也是布朗斯特酸。如铝离子 Al3+ 可以从水分子接受电子对,如以下的反应式 :
Al + 6H2O → Al(H2O)63+
反应所生成的水合铝离子为弱的布朗斯特酸:
Al(H2O)6 + H2O === Al(H2O)5OH + H3O+ .....Ka = 1.7 x 10-5
全反应可以视为铝离子的水解。
特例
不过并非所有的路易士酸都会产生对应的布朗斯特酸,如镁离子也是路易士酸,可和六个水分子结合为水合镁离子
Mg2+ + 6H2O → Mg(H2O)62+
但此例中没有氢离子的转移,因为水合镁离子的Ka很小(Ka ~ 10-12),所释放的氢离子很少,可以忽略不计。
硼酸可以用来说明一个在水中不会解离的布朗斯特酸,仍然可以提供氢离子给水(在此为一种布朗斯特碱)。其反应为
B(OH)3 + 2H2O === B(OH)4- + H3O+
硼酸在反应中为路易士酸,从一个水分子接收电子对,再提供一个氢离子给另一个水分子,因此也是布朗斯特酸。
参考资料
最新修订时间:2023-08-21 18:53
目录
概述
公式及解释
详解
参考资料