水溶液中的酸与碱
阿伦尼乌斯在1884年提出的定义,以物质溶于水后产生的离子为中心:酸使氢离子浓度增加,碱提供氢氧根离子。水溶液中的氢离子通常以水合形式讨论,常用水合氢离子 H₃O⁺ 表示,而不是设想裸露质子独自在水中存在。
这个框架适合解释许多水溶液反应。例如盐酸与氢氧化钠溶液反应,核心可归结为水合氢离子与氢氧根结合生成水。不过,把水中产生何种离子作为唯一标准,不便统一处理所有非水环境或不含氢的酸碱反应,因此后来发展出了更宽的表述。
参考:[1]
质子转移与共轭酸碱
1923年,布朗斯特与劳里分别提出以质子转移为基础的定义:给予质子的组分是酸,接受质子的组分是碱。氨与水反应时,氨接受质子成为铵离子,水给出质子而留下氢氧根。于是,碱不必事先含有能直接释放的氢氧根。
酸失去一个质子后得到其共轭碱,碱接受一个质子后得到其共轭酸。水既能向氨给出质子,也能接受别的酸给出的质子,这说明酸碱角色与所遇到的反应伙伴有关。该框架不局限于水,但比较反应方向与强弱时,仍须说明溶剂和条件。
电子对定义如何扩大范围
路易斯同样在1923年提出从电子对出发的酸碱概念:接受电子对的是路易斯酸,提供电子对的是路易斯碱。三氟化硼中的硼可以接受氟离子的孤电子对形成四氟硼酸根;这一反应不需要发生质子转移,却能用酸碱相互作用描述。
金属离子与配体形成配合物也是重要场景。氨分子向银离子提供电子对形成配离子,可以改变溶液中游离银离子的浓度,并影响氯化银的溶解平衡。因此,路易斯定义把酸碱与配位成键连接起来,而不是仅把原来的酸名单延长。
参考:[3]
强弱、浓淡与实验读数
在指定溶剂与温度下,酸碱强度反映质子转移平衡的倾向,可用酸或碱的电离常数比较;浓度则说明单位体积中含有多少所讨论的物质。弱酸不等于稀酸,强酸也可以配成稀溶液。弱酸的电离百分数还会随起始浓度改变,不能把百分数与平衡常数混作一件事。
实验中的酸碱性、加入酸碱的总量和具体反应能力需要结合平衡解释。腐蚀性更不能只由“强酸”“弱酸”标签决定,它还涉及物质性质与接触条件。这三种定义是针对不同问题的工具:水溶液离子、质子转移和电子对成键各有重点,不应将其中一种无条件外推。