论文酸碱理论的发展.docx

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0H—的物质叫做碱；酸碱中和反 应的实质是H+和0H—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 , KbArrhenius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 H2O2 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(Fra nkli n)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：NH4CI在氨溶液中能电离出NH4+，所以NH4C1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+NH4CI==NaCI+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HCI在苯中也不电离，但NH3和HCI在苯中同样可以反应生成NH4CI。

又如，NH3和HCI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0H-;而H20作为一种碱时，其共轭酸是H30+H2O既 可以给出质子作为酸，如在反应H20 = 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=7.0x10-4 (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H20分子正好起了这个作用因此： HF(aq) + H20 === H30+(aq) + F-(aq) (2)(2)式则可以明确的告诉我们酸是HF,碱是H20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H20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) + H20(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HCI, NH3在C6H6中均不电离，但它们 能在苯中反应生成NH4CI，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因而任何生成配位共价键的反应都是酸碱反应从结构的观点来看，Lewis与Bronsted-Lo wry 基本上没有区别，要能使一物种接受一个质子，它必定有一对未共享的电子Lewis并没有显著地改变碱的数量，却大大增加了能作为酸的物种的数量：可以是质子，阳 离子以及一些含有未完成八偶电子对的分子。

Lewis 酸碱还可以与氧化还原反应联系酸与氧化剂是反应中能接受电子的物质，称为亲电 物质，所以酸取代反应又称亲电取代反应碱与还原剂是反应中给出电子的物质，称为亲核 物质，所以碱取代反应又称亲核取代反应酸碱电子理论扩大了酸碱的范围，并可把酸碱概念用于许多有机反应和无溶剂系统但 对酸碱的强弱不能给出定量的标准但是由于Lewis酸的局限性太大，通常用于像BF3那样具有强烈接受电子对能力的物质 （5）随后皮尔孙在Lewis的基础上提出了软硬酸碱原则： 酸碱反应规律为：“硬酸优先与硬碱结合，软酸优先与软碱结合 这虽然是一条经验规律，但应用颇广：①取代反应都倾向于形成硬-硬、软-软的化合物 ②软-软、硬-硬化合物较为稳定，软-硬化合物不够稳定③硬溶剂优先溶解硬溶质，软溶 剂优先溶解软溶质，许多有机化合物不易溶于水，就是因为水是硬碱④解释催化作用 有机反应中的弗里德-克雷夫茨反应以无水氯化铝（AICI3）做催化剂，AICI3是硬酸，与RCI 中的硬碱 Cl -结合而活化：R+和都可起催化作用Pearson在研究加合物稳定性基础上，提出了软硬酸碱原则（简称HSAB律）该原则认为： 硬酸易与硬碱反应，软酸易与软碱反应。

简言之“硬亲硬”，“软亲软”就其有机物而言，多数可以看作是酸碱化合物极性有机物可以通过化合物的极性原子和金 属表面原子形成供—授键吸附于金属表面上这种化合物同金属的作用也可看成是酸碱之间 的作用按Pears on的HSAB分类表，金属本体为软酸，而氧化的金属表面为硬酸荒牧 的研究发现，软碱有机物在金属表面上形成稳定的吸附键，是酸性溶液中金属腐蚀的有效抑 制剂；而硬碱有机物对氧化的金属表面化学吸附，可有效地抑制酸性溶液对金属的腐蚀这 类现象完全服从HSAB律网络资料） 至此人类对酸和碱的研究有了一套比较完整的理论体系，但人们从未停止过对酸碱的探讨与 深究，酸碱理论的研究伴随着化学的成长也在不断的成长着随着人们的不屑努力， 酸碱 这个化学界最古老的课题还将大放异彩，继续点亮我们的生活参考资料：（1）：《化学的阶梯》v美〉莫利M布卢姆菲尔德著 科学出版社（2） ：《近代化学基础》 上册 四川大学工科基础化学教学中心编高等教育出版社出版（3） ：《化学原理》下册V美〉W.L.MASTERTON E.J.SLOWINSKI著北京大学出版社（4） ：《普通化学》 人民教育出版社（5） ：《化学 中心科学》 下册 科学教育出版社（6） ：《无机化学》 上册 高等教育出版社。