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酸鹼理論是闡明酸、鹼本身以及酸鹼反應的本質的各種理論,在19世紀末奧斯特瓦爾德的影響下,根據電解質離解的理論,化學界中形成了這樣的概念:氫離子是酸性的體現者,酸的強度與濃度成正比;氫氧離子則是鹼性的體現者,鹼的強度與濃度成正比。

酸鹼理論酸鹼理論
闡明酸、鹼本身以及酸鹼反應的本質的各種理論。最早提出酸、鹼概念的是英國R.玻意耳。法國A.L.拉瓦錫又提出氧是所有酸中普遍存在的和必不可少的元素,英國H.戴維以鹽酸中不含氧的實驗事實證明拉瓦錫的看法是錯誤的,戴維認為:「判斷一種物質是不是酸,要看它是否含有氫。」這個概念帶有片面性,因為很多有機化合物和氨都含有氫,但並不是酸。德國J.von李比希彌補了戴維的不足,為酸和鹼下了更科學的定義:「所有的酸都是氫的化合物,但其中的氫必須是能夠很容易地被金屬所置換的。鹼則是能夠中和酸併產生鹽的物質。」但他不能解釋為什麼有的酸強,有的酸弱。這一問題為瑞典S.A.阿倫尼烏斯解決。

1 酸鹼理論 -質子理論

1923年丹麥科學家J.N.布侖斯惕和英國科學家T.M.勞里同時提出酸鹼質子理論:酸(A)是具有給出質子傾向的物質,而鹼(B)是具有接受質子傾向的物質,例如:

酸鹼理論

相差一個質子的兩種物質(即A和B)叫共軛酸鹼對。
按照這個理論,HCl、H3PO4是分子酸,NH嬃、Al(H2O)扟是陽離子酸,H2PO嬄是陰離子酸;而NH3是分子鹼,Al(OH)(H2O)崬是陽離子鹼,H2PO嬄、Cl-是陰離子鹼。有些物質(如H2PO嬄)在某一共軛酸鹼對(如 H3PO4-H2PO嬄)中是鹼,而在另一共軛酸鹼對(H2PO嬄-HPO娸)中是酸。酸給出質子的傾向愈強,則其共軛鹼接受質子的傾向愈弱;若鹼接受質子的傾向愈強,則其共軛酸給出質子的傾向愈弱。
質子傳遞反應只能發生在兩個共軛酸鹼對之間:

酸鹼理論

若A(1)是強酸,B(2)是強鹼,則質子傳遞反應向右進行;若B(1)、A(2)是弱鹼和弱酸,則質子傳遞反應也能向右進行。反之,生成強酸、強鹼的反應是很難進行的。

酸鹼質子理論認為,阿倫尼烏斯理論中所謂的弱酸、弱鹼電離平衡,弱酸根、弱鹼根離子水解,中和反應,鹽的生成,水的自電離都是質子傳遞反應(表1)。

酸鹼理論酸鹼理論

各種酸的強度,可通過測定它們在同一種鹼中質子傳遞的傾向來比較。若選用水作為鹼,則可得到各種酸在水中電離常數的序列。這與阿倫尼烏斯酸鹼電離理論基本相同。若改用接受質子傾向更強的溶劑(如液氨)作為鹼,則各種酸給出質子的傾向都強於它們在水中給出質子的傾向。如在水溶液中鹽酸和乙酸給出質子的傾向有明顯的差別,而在液氨溶劑中它們與液氨間的質子傳遞反應都很完全,以致很難區別它們的強度。這種把鹽酸、乙酸變得幾乎具有同等強度的溶劑叫調平溶劑,所產生的這種效應叫調平效應。在強酸(如硫酸)溶劑中,某些常見的酸將接受質子(鹼)。例如,HNO3在H2SO4介質中將接受質子,因此是鹼:

H2SO4+HNO3─→HSO嬄+H2NO幦

質子理論把酸鹼範圍擴大了。質子酸實際上是質子和共軛鹼的加合物,酸鹼反應都可用質子傳遞來討論。

2 酸鹼理論 -路易斯酸鹼理論

1923年美國科學家G.N.路易斯從結構觀點提出廣義的酸鹼電子理論:給出電子對的物質是鹼,接受電子對的物質是酸,酸鹼結合成加合物(表2)。

酸鹼理論酸鹼理論

路易斯理論包括的範圍很廣,按照它,阿倫尼烏斯理論中的酸,如HCl中,Cl-是電子對給予體(鹼),H+是電子對接受體(酸);NaOH中的OH-是電子對給予體(鹼),Na+是酸。在質子理論中,至少有一對未共用電子對的鹼就是路易斯鹼,如NH3。在溶劑體系理論中,SOCl2中的SO2+是酸,Cl-是鹼;Cs2SO3中Cs+是酸,SO娫是鹼;SO2+和SO娫結合成SO2。由於路易斯酸(鹼)理論的適用範圍可包括其他理論的範圍,因此又稱廣義酸(鹼)理論。
按照路易斯理論,酸(A)和鹼(B)的反應如下:
① 雙取代反應(表3):表中所列A(1)是較強的酸,B(2)是較強的鹼,A(1):B(2)是較穩定的加合物,即酸鹼反應本質是,強酸和強鹼取代弱酸和弱鹼,生成配位鍵(見共價鍵)較強的加合物,這是配位鍵的調整而不是生成新的配位鍵。

酸鹼理論酸鹼理論

② 鹼取代反應(表4)表中前四個例子是質子酸,后兩例中的酸是金屬離子。反應實質是:原先與B(1)結合的A(1)轉為與更強的鹼B(2)結合,即B(2)取代B(1),與A(1)結合。這種反應又稱親核取代反應。

酸鹼理論酸鹼理論

質子理論中的質子傳遞反應就是路易斯理論中有質子參與的親核取代反應。但是親核取代反應不一定是質子傳遞反應,如表中最後一個實例。親核取代反應中,因核不同,取代順序有所改變。例如,與H+結合時,OH-強於NH3;而與Ag+結合時,NH3強於OH-
③ 酸取代反應:原先與H+結合的OH-轉為與CO2結合,又轉為與SO3結合。這種反應又稱親電取代反應。

酸鹼理論酸鹼理論

路易斯理論廣泛應用於有機化學。例如,CH幦、C2H嵱、CH3CO+等都是酸,分別與鹼H-、OH-、C2H5O-結合成加合物CH4、C2H5OH、CH3COOC2H5。又如苯的硝化反應:

酸鹼理論

目前認為在以上反應過程中 HNO3與H2SO4反應生成路易斯酸NO娚。NO娚是親核的,與苯發生反應:

酸鹼理論
  酸鹼理論
  酸鹼理論

3 酸鹼理論 -其他酸鹼理論

① 溶劑體系理論
與水相似,許多溶劑能自電離,形成特徵的陽離子和陰離子:

酸鹼理論

H.卡迪和H.P.埃爾西提出:凡是能增加溶劑中特徵陽離子濃度的物質是酸,如酸的水溶液、液氨中的銨鹽等;凡能增加溶劑中特徵陰離子濃度的物質是鹼,如氫氧化鈉的水溶液、液氨中的氨基化鈉 NaNH2等。中和就是生成溶劑的反應,如在液態二氧化硫體系中:

Cs2SO3+SOCl2─→2SO2+2CsCl

Cs2SO3和SOCl2滴定,就像在水溶液中酸鹼滴定生成水一樣。溶劑體系適用於能解離的溶劑。

② 烏沙諾維奇理論
又稱正負理論。1939年蘇聯科學家М.И.烏沙諾維奇提出:凡能與鹼反應,給出陽離子,接受陰離子或電子的物質是酸;凡能與酸反應,與陽離子結合,給出陰離子或電子的物質是鹼。這個理論幾乎包括所有路易斯理論的酸鹼反應,如:

Na2O+SO3─→2Na++SO娸

2Na+Cl2─→2Na++2Cl-

前一反應中的酸是SO3,因它得到O2-生成SO娸;后一反應中Na把電子給予Cl,所以Na是鹼。即氧化劑是酸,還原劑是鹼。烏氏酸鹼理論包括了氧化還原反應,適用範圍更廣。

③ 勒克斯-弗勒德理論
1939年 H.勒克斯提出的,1947年經H.弗勒德發展的以「O2-」離子來定義酸鹼的理論。氧離子給予體是鹼,氧離子接受體是酸,如:

CaO+SO3─→CaSO4

式中CaO是鹼;SO3是酸。這種理論適用於含氧而不含質子的反應體系,主要用於熔融的氧化物體系。

4 酸鹼理論 -酸鹼食物合理搭配

酸鹼理論酸鹼食物合理搭配
最近人們一直在提酸鹼性食物,那麼究竟如何合理的搭配算鹼性食物呢?這要從人體內的環境來談一下。人體內環境基本是中性的,略偏鹼性。在新陳代謝過程中產生的大量酸性物質,都被血液中的緩衝物質所中和,不致於使人體內部環境呈酸性,但有時也可造成紊亂。如人患腹瀉時,排出物呈鹼性,體內酸會相對增多而呈酸性;大量嘔吐時,胃酸損失過多,體內又可呈鹼性。而且每餐進食,食物都有一定的酸鹼度,也會影響人體的酸鹼平衡。

而所謂食物的酸鹼性,是說食物中的無機鹽屬於酸性還是屬於鹼性。

一般金屬元素鈉、鈣、鎂等,在人體內其氧化物呈鹼性,含這種元素較多的食物就是鹼性食物,如大豆、豆腐、菠菜、萵筍、蘿蔔、土豆、藕、洋蔥、海帶、西瓜、香蕉、梨、蘋果、牛奶等。

一些食物中含有較多的非金屬元素,如磷、硫、氯等,在人體內氧化后,生成帶有陰離子的酸根,屬於酸性食物。如豬肉、牛肉、雞肉、鴨、蛋類、鯉魚、牡蠣、蝦,以及麵粉、大米、花生、大麥、啤酒等。

因此,家常菜一定要注意酸、鹼食物的合理搭配,否則,進食酸性食物過多,可造成血液偏酸性。為中和這些酸性物質,又必然消耗體內大量的鈣、鎂等鹼性元素,而引起缺鈣等一系列癥狀,如皮膚病、神經病,特別是在節假日里,如果肉類較多,就更應該注意搭配一些新鮮蔬菜、水果等鹼性食物,以免造成機體酸鹼平衡失調。

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6 酸鹼理論 -參考資料

1、http://all.zcom.com/mag2/shehuikexue/wenkejiaoti/31912/200603/16748659/
2、http://www.xaedu.sn.cn/cms/data/html/doc/2004-05/08/38690/
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