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。

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理论中，酸和碱是由它们相互反应的方式来定义的。

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。

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：

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:

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。

共轭酸碱对（二）

当氨溶于水时，平衡就建立起来了。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。