VR化学——酸碱质子理论

众所周知，在物质的一般分类中，酸和碱是两种重要的化合物。那什么是酸、碱呢？在Arrhenius酸碱理论中，在水中电离产生阳离子全部是氢离子的化合物叫做酸，阴离子全部是氢氧根的化合物就是碱。那问题产生了，水电离的时候既有氢离子，也有氢氧根，那水岂不既是酸又是碱？ 或者，非水溶液中是不是就没有酸和碱了呢？

在历史中，人类对于酸碱的认知其实也是在不断改变的。

1923年，丹麦的物理化学家Johannes Nicolaus Brønsted和英国的Thomas Martin Lowry各自独立地提出了以他们名字命名的理论。在Brønsted-Lowry理论（下文通称酸碱质子理论）中，酸和碱是由它们相互反应的方式来定义的。

Johannes Nicolaus Brønsted（1879-1947）

Thomas Martin Lowry（1874-1936）

他们把酸定义为一种能提供质子的物质，比如氢离子，H⁺。他们将碱定义为能接受质子的物质，即质子受体。

在过去，我们会认为稀盐酸里面会存在如图所示的电离：

化学虚拟实验室——稀盐酸的电离

但在酸碱质子理论中，则认为会建立如下的平衡：

       在正反应中：

       ·HCl表现为酸因为它给H₂O提供了一个质子；

       ·H₂O表现为碱因为它从HCI接受了一个质子。

       在逆反应中：

       ·H₃O+表现为酸因为它给Cl^-提供了一个质子；

       ·Cl^-表现为碱是因为它从H3O⁺接受了一个质子。

当酸HCI失去一个质子时，它形成碱Cl^-。这两种物质称为共轭酸碱对。

当酸H₃O⁺失去一个质子时，它形成碱H₂O。这两种物质也形成共轭酸碱对。

因此上述平衡中包含两个共轭酸碱对:

       Cl^-是HCl的共轭碱；H₂O是H₃O⁺的共轭碱。

盐酸可以提供一个质子，因此被称为一元酸。硫酸能提供两个质子，因此称为二元酸。

当氨溶于水时，平衡就建立起来了。

氨气溶于水的喷泉实验

       下面的等式表示这种平衡:

       在正反应中：

       ·H₂O表现为酸因为它给NH₃提供了一个质子

       ·NH₃表现为碱因为它从H₂O接受了一个质子。

       在逆反应中：

       ·NH₄⁺表现为酸因为它给OH^-提供了一个质子。

       ·OH^-表现为碱是因为它从NH₄⁺接受了一个质子。

       所以这个平衡反应中同样存在两个共轭酸碱对：

在与HCI的反应中，H₂O作为碱接受质子。然而，在它与NH₃反应时，H₂O通过提供质子而表现为酸。

像这种既能充当酸也能充当碱的物质被称为两性物质。