VR化学——酸碱质子理论

更新时间:2024-03-08 来源:矩道科技 浏览:0

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。

01

酸与碱

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。

02

共轭酸碱对(一)

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。


03

共轭酸碱对(二)

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:

04

两性物质

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。



 END 


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