论文酸碱理论的发展

酸碱理论的发展概况

摘要：在实验化学的早期，人们就认识了酸和碱，知道了它们的某些特殊性质。

比如酸:使石蕊变红，有酸味；碱:使石蕊变蓝，有苦涩味，酸能溶解活泼金属等等，这就是酸碱理论的萌芽时期。随着化学水平的提高，相继出现了Arrhenius的酸碱电离理论，Bronsted-Lowry的酸碱质子理论及后期的Lewis酸碱理论。本文将具体介绍酸碱理论的发展概况及它们的一些优缺点等方面的内容。

关键词：酸碱电离理论溶剂理论酸碱质子理论

Lewis酸碱理论软硬酸碱理论

人们对于酸、碱的认识是从它们所表现的性质开始的。早在公元前，人们就知道了醋的存在，并知道醋是有酸味的。在公元8世纪左右，阿拉伯的炼金术士制得过硫酸、硝酸。但在当时，人们除了知道它们具有酸味外，并不了解它们更多的性质。因此认为：凡具有酸味的物质都是酸。“酸”这个字在拉丁文中写作“acidus”，就是表示“酸味”的意思。所以得出结论：酸是化合物，溶解于水是产生导电溶液，有酸味。碱也能生成导电溶液，然而却带苦味，摸起来滑润〔1〕。

17世纪后期，随着生产和科学的发展，科学家开始注意比较系统地研究酸和碱的性质。他们发现，酸除了具有酸味外，还能使指示剂变色，能被某些金属置换出氢气；碱有涩味，也能使指示剂变色，并能与酸中和生成盐和水。

18世纪后期，当氧元素被发现以后，人们开始从组成上认识酸碱，以为酸中一定含有氧元素；

到了19世纪初，随着盐酸等无氧酸的发现，科学家认识到有些酸(如盐酸)并不含有氧，但它们同样具有酸的性质。据此，英国的戴维(Davy)提出了“氢才是组成酸所不可缺少的元素”的观点。

到了1987年，Arrhenius S A 提出了酸碱电离理论：在水溶液中电离生成的阴离子全都是H+的物质叫做酸；在水溶液中电离生成的阳离子全都是OH—的物质叫做碱；酸碱中和反应的实质是H+和OH—结合生成H2O（2）。Arrhenius 的电离学说，使人们对酸碱的认识发生了一个飞跃。HA = H+ + A- 电离出的正离子全部是 H+ ,MOH = M+ + OH- 电离出的负离子全部是 OH- 。进一步从平衡角度找到了比较酸碱强弱的标准，即 Ka , Kb 。 Arrhenius 理论在水溶液中是成功的。但其在非水体系中的适用性，却受到了挑战。试比较下列两组反应： 2 H2O = OH- + H3O+ NaOH + (H3O)Cl = NaCl + 2 H2O 2 NH3 = NH2- + NH4+ NaNH2 + NH4Cl = NaCl + 2 NH3

溶剂自身的电离和液氨中进行的中和反应，无法用 Arrhenius 的理论去讨论，因为它把碱限制为氢氧化物，而对氨水呈碱性的事实也无法说明，这曾使人们长期误认为氨水是NH4OH，但实际上从未分离出这种物质。还有，解离理论认为酸和碱是两种绝对不同的物质，忽视了酸碱在对立中的相互联系和统一。（网络资料）。

不过Arrhenius 的电离学说是一个较为实用的观点，它是根据物质在水溶液中所产生的离子来定义的，虽然这种理解在某种程度上忽视了溶剂在酸碱体系中的作用，也牺牲了对酸碱关系的某些相当有用的见解（3）。

针对阿氏理论的不足点，富兰克林(Franklin)在1905年提出了他的溶剂理论(简称溶剂论)。

溶剂论的基础仍是阿氏的电离理论，只不过它从溶剂的电离为基准来论证物质的酸碱性。他认为：凡能电离产生溶剂阳离子的物质为酸，产生溶剂阴离子的物质为碱，酸碱中和反应就是溶剂的阳离子和阴离子结合形成溶剂分子的过程。例如，以液态氨为溶剂时，NH3的电离方程式为：NH4Cl在氨溶液中能电离出NH4+，所以NH4Cl表现为酸；氨基钠(NaNH2)能电离出NH2-，所以NaNH2表现为碱。酸碱中和反应是： NaNH3+NH4Cl==NaCl+2NH3 富兰克林把以水为溶剂的个别现象，推广到适用更多溶剂的一般情况，因此大大扩展了酸和碱的范围。但溶剂论对于一些不电离的溶剂以及无溶剂的酸碱体系，则无法说明。例如，苯不电离，NH3和HCl在苯中也不电离，但NH3和HCl在苯中同样可以反应生成NH4Cl。又如，NH3和HCl能在气相进行反应，同样也是溶剂论无法解释的。

为了克服离子论和溶剂论的局限性，丹麦的Bronsted J N和英国的Lowry T M分别提出了酸碱质子理论：凡是能给出质子的物质是酸，酸是质子的给予体；凡是能接受质子的物质是酸，碱是质子的接受体；酸→质子+碱

它们这种因一个质子的得失而相互转变的每一对酸碱称为共轭酸碱对；反应的实质是质子的转移（或得失）（2）。

H2O 作为一种酸时，其共轭碱是 OH- ; 而 H2O 作为一种碱时，其共轭酸是 H3O+。H2O 既可以给出质子作为酸，如在反应 H2O = H+ + OH- 中；又可以接受质子作为碱，如在反应 H 2O + H+ = H3O+ 中。

这种既能给出质子，又能接受质子的物质叫做两性物质（6）。

例： HF（aq）=== H+ + F- Ka=7.0×10-4 （1）

HF是质子的给予者，却没有明显的质子接受者，由质子理论可知，它一定存在着接受者，因而我们可以认识到H2O分子正好起了这个作用。

因此： HF(aq) + H2O === H30+(aq) + F-(aq) (2)

(2)式则可以明确的告诉我们酸是HF，碱是H2O。

还有另一个好处就是它比（1）式更清楚地表明为什么会发生电离反应：H—F键的断裂是强烈吸热的，如果只发生这一种变化，Ka确实等于零。然而溶液中的H+将与H2O强烈作用生成水合离子（2）式正好强调了这一关系。

H30+(aq) + F-(aq) === HF(aq) + H2O

（酸）（碱）（酸）（碱）

质子理论可以让人将酸碱分辨的很清楚，而用电子理论则很难说明 F-是碱。

它还能应用于非水溶液体系：

NH3 + H+ === H2 + NH-2

(酸) （碱）（3）

由于Arrhenius 的理论限制在水溶液体系，并将碱限为氢氧化物，所以连（3）式中的NH3在水中是碱这一事实也不能给予说明。还有就是HCl，NH3在C6H6 中均不电离，但它们能在苯中反应生成NH4Cl，与在水相中的完全相同（4）。

而后又有了Lewis酸碱理论：由于Bronsted-Lowry只能局限地应用于包含质子转移的反应，得有一个可电离的H离子。因此，美国的Lewis把酸看作一种能够接受一个电子对的物种；碱是能够给出一个电子对的物种。