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醫(yī)用化學(xué):第二節(jié) 酸堿質(zhì)子理論

一、權(quán)堿概念酸堿離子理論是阿累尼烏其斯(Arrhenius)根據(jù)他的電離學(xué)說提出來的。他認(rèn)為在水中能電離出氫離子并且不產(chǎn)生其它陽離子的物質(zhì)叫酸。在水中能電離出氫氧根離子并且不產(chǎn)生其它陰離子的物質(zhì)叫堿。酸堿中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫離子和氫氧根離子結(jié)合成水。這個(gè)理論取得…

一、權(quán)堿概念

酸堿離子理論是阿累尼烏其斯(Arrhenius)根據(jù)他的電離學(xué)說提出來的。他認(rèn)為在水中能電離出氫離子并且不產(chǎn)生其它陽離子的物質(zhì)叫酸。在水中能電離出氫氧根離子并且不產(chǎn)生其它陰離子的物質(zhì)叫堿。酸堿中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫離子和氫氧根離子結(jié)合成水。這個(gè)理論取得了很大成功,但它的局限性也早就暴露出來。倒臺(tái),氣態(tài)氨與氯脂氫反應(yīng)迅速生成氯化銨,這個(gè)酸堿中和反應(yīng)并墻角水的生成;又如氨的水溶液顯堿性,曾錯(cuò)誤地認(rèn)為NH3和H2O形成弱電解質(zhì)NH4OH分子,然后離解出OH-+等。

由于阿累尼烏斯的酸堿離子理論不能解一些非水溶液中進(jìn)行地酸堿反應(yīng)等問題,1923年布朗特(Bronsted)提出了酸堿質(zhì)子理論,把酸堿概念加以推廣。酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為凡是能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸,凡是能與質(zhì)子結(jié)合的物質(zhì)都是堿。即酸是質(zhì)子的給予體,堿是質(zhì)子的接受體。這樣,一個(gè)酸給出質(zhì)子后余下的部分自然就是堿,因?yàn)樗旧砭褪桥c質(zhì)子結(jié)合的。它們的關(guān)系如下:

這種關(guān)系叫做酸堿的共軛關(guān)系,式中略去了HB和B可能出現(xiàn)的電荷。右邊的堿是左邊酸的共軛堿,左邊的酸是右邊堿的共軛酸,兩者組成一個(gè)共軛酸堿對(duì),它們只直差一個(gè)質(zhì)子。

例如,

從以上例子可以看出,酸和堿可以是分子,也可以是陽離子和陰離子。還可以看出,像HPO2-4這樣的

物質(zhì)payment-defi.com/job/,既表現(xiàn)酸,也表現(xiàn)為堿,所以它是兩性物質(zhì)。同理,H2O,HCO-3等也是兩性物質(zhì)。

二、共軛酸堿的強(qiáng)弱

共軛酸堿對(duì)的離解常數(shù)Ka和Kb之間有確定的關(guān)系。以HOAc為例推導(dǎo)如下:

由于溶劑水的濃度不常數(shù),所以它不出現(xiàn)在平衡常數(shù)式中。

用KW表示[H3O+][OH-],KW稱為水的離子積。這說明在一定溫度下,水中的[H3O+]與[Opayment-defi.com/zhicheng/H-]的乘積為一常數(shù)。所以 Ka·Kb=KW (2-7)

24℃時(shí)KW值為1.0×10-14.這個(gè)關(guān)系說明,只知道了酸的離解常數(shù)Ka,就可以計(jì)算出它的共軛堿的Kb,反之亦然。Ka和Kb是成反比的,而Ka和Kb正是反映酸和堿的強(qiáng)度,所以,在共軛酸堿對(duì)中,酸的強(qiáng)度愈大,其共軛堿的強(qiáng)度愈。粔A的強(qiáng)度愈大,其共軛酸的強(qiáng)度愈小。表2-6列出了一些共軛厔堿對(duì)的強(qiáng)度次序。

表2-6 共軛酸堿的強(qiáng)度次序

酸性增強(qiáng)共軛酸(HB)Ka(在水中)pKa(在水中)共軛堿(B)堿性增強(qiáng)

H3O+  H2O 
H2C2O45.4×10-21.27HC2O-4 
H2SO31.54×101.81HSO-3 
HSO-41.20×10-21.92SO2-4 
H3PO47.51×10-32.12H2PO-4 
HNO24.6×10-43.37NO-2 
HF3.53×10-43.45F- 
HCOOH1.77×10-43.75HCOO- 
HC2O-45.4×10-54.27C2O2-4 
CH3COOH1.76×10-54.75CH3COO- 
H2CO34.30×10-76.37HCO-3 
HSO-31.02×10-76.91SO2-3 
H2S9.1×10-87.04HS- 
H2PO-46.23×10-87.21HPO2-4 
NH+45.68×10-109.25NH3 
HCN4.93×10-109.31CH- 
HCO-35.61×101110.25CO2-3 
H2O22.4×10-1211.62HO-2 
HS-1.1×10-1211.96S2- 
HPO2-42.2×10-1312.67PO3-4 
H2O  OH- 

根據(jù)酸堿質(zhì)子理論,酸堿在溶液中所表現(xiàn)出來的強(qiáng)度,不僅與酸堿的本性有關(guān),也與溶劑的本性有關(guān)。我們所能測(cè)定的是酸堿在一定溶劑中表現(xiàn)出來的相對(duì)強(qiáng)度。同一種酸或堿,如果溶于不同的溶劑,它們所表現(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)度就不同。例如HOAc在水中表現(xiàn)為弱酸,但在液氨中表現(xiàn)為強(qiáng)酸,這是因?yàn)橐喊眾Z取質(zhì)子的能力(即堿性)比水要強(qiáng)得多。這種現(xiàn)象進(jìn)一步說明了酸堿強(qiáng)度的相對(duì)性。

三、酸堿反應(yīng)

酸堿質(zhì)子理論中的酸堿反應(yīng)是酸堿之間的質(zhì)子傳遞。例如:

這個(gè)反應(yīng)無論在水溶液中、苯或氣相中,它的實(shí)質(zhì)都是一樣的。HCL是酸,放出質(zhì)子給NH3,然后轉(zhuǎn)變成共軛堿CL-,NH3是堿,接受質(zhì)子后轉(zhuǎn)變成共軛酸NH4+。強(qiáng)堿奪取了強(qiáng)酸放出的質(zhì)子,轉(zhuǎn)化為較弱的共軛酸和共軛堿。

酸堿質(zhì)子理論不僅擴(kuò)大了酸堿的范圍,還可以把酸堿離解作用、中和反應(yīng)、水解反應(yīng)等,都看作是質(zhì)子傳遞的酸堿反應(yīng)。

由此可見,酸堿質(zhì)子理論更好地解釋了酸堿反應(yīng),擺脫了酸堿必須在水中才能發(fā)生反應(yīng)的局限性,解決了一些非水溶劑或氣體間的酸堿反應(yīng),并把水溶液中進(jìn)行的某些離子反應(yīng)系統(tǒng)地歸納為質(zhì)子傳遞的酸堿反應(yīng),加深了人們對(duì)酸堿和酸堿反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。但是酸堿質(zhì)子理論不能解釋那些不交換質(zhì)子而又具有酸堿性的物質(zhì),因此它還存在著一定的局限性。

路易斯提出的酸堿電子理論是目前概括最廣的酸堿理論。該理論認(rèn)為,凡是能給出電子對(duì)的物質(zhì)叫做堿;凡是能接受電子對(duì)的物質(zhì)叫做酸。即酸是電子對(duì)的接受體,堿是電子對(duì)的給予體。因此,堿中給出電子的原子至少有一對(duì)孤對(duì)電子(未成鍵的電子對(duì)),而酸中接受電子的原子至少有一個(gè)空軌道(外層未填充電子的軌道),以便接受堿給予的電子對(duì),這種由路易斯定義的酸和堿叫做路易斯酸和路易斯堿。例如,三氟化硼(BF3)是路易斯酸,因?yàn)锽F3中的B原子有一個(gè)空軌道是電子的接受體。NH3中N原子有一對(duì)孤對(duì)電子,是電子對(duì)的給予體,為路易斯堿。但是,由于酸堿電子理論概括的酸堿范圍太寬,使其實(shí)用價(jià)值受到一定的限制。

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