我们做实验的时候会发现酸碱理论的名目很多现货配资,有路易斯酸碱,布朗斯特酸碱,软硬酸碱等等,有时候也容易搞混,搞不明白怎么分类的,又有什么作用!
但其实这些酸碱理论都涉及到酸碱合成反应上本质上的东西,直接关系到在最初设计反应上的取舍,今天有时间大概聊一聊酸碱的进化史,大家可以相互验证。
一、早期的酸碱理论
早期酸性物质和碱性物质的区分是靠味道和感觉认识的。
当时西方的炼金术师们发现有些物质在水溶液中表现出“酸味”,而另外有些物质在水溶液中则表现出一种“涩味”,后来便把表现出酸味的物质称之为“酸”,把表现出涩味的物质称之为“碱”。
中国古代的同样有类似的定义,比如唐·杜甫《病橘》诗:“惜哉结实小,酸涩如棠梨”便对橘果形容以“酸涩”,这个词语的就包含着酸碱的定义,对于果子来讲,酸便是各种果酸,而涩便是果子中的各种生物碱的味道。
至17世纪,英国化学家波义耳采取植物汁液对酸碱进行标定,人们开始对酸碱有了系统的认识。在大量实验的总结下,其提出了最初的酸碱理论:凡物质的水溶液能溶解某些金属,与碱接触会失去原有特性,而且能使石蕊试液变红的物质叫酸;凡物质的水溶液有苦涩味,能腐蚀皮肤,与酸接触会失去原有特性,而且能使石蕊试液变蓝的物质叫碱;这也是我们在初中化学所得到的酸碱认识。
但这种定义虽然看似科学了不少,但仍有漏洞,比如一些酸和碱反应后的产物仍带有酸或碱的性质!
直到18世纪末期,拉瓦锡 根据他的“燃素”学说认为,所有的酸都含有“酸素”,即氧,氧是酸必不可缺少的元素,当时的化学家普遍接受了这种“酸素”观点。
30多年后,1810年戴维证明了卤化氢,硫化氢等物质虽也属于酸,但不含氧原子,这才推翻了“酸必须含氧”的观点。
1838年德国化学家尤斯图斯·冯·李比希提出:“含有能被金属置换的氢的化合物是酸”,其中的氢原子能被金属所替换”。此定义一直沿用了50多年,而在此过程中,人们对碱的认识仍停留在原有的观点,即“碱是能中和酸生成盐的物质”。
二、酸碱电离理论
在李比希的观点盛行近50年后,1887年,阿伦尼乌斯提出的酸碱电离理论让人们对酸碱的认识横跨一大步!
阿伦尼乌斯认为:酸是在水溶液中电离,给出的阳离子全部都是氢离子的物质;碱是在水溶液中电离,给出的阴离子全部都是氢氧根离子的物质;酸碱反应的本质是H离子与氢氧根离子结合生成水的反应。
同时根据在水中电离程度的不同,酸碱电离理论把酸碱的强度进行了划时代意义的划分,并可以进行公式计算,通过Ka值和PKa值对酸碱性衡量:
对于多元酸和多元碱的,该理论还提出了多步电离的步骤,至今都是大学化学理论学习的重点。
但该理论缺点也很明显,对酸碱的衡量前提是必须是配成水溶液。如果对水溶液之外的判定则缺乏指导意义;甚至对于水溶液本身而言也会误判,比如氨气溶于水,碱性来源是氨气还是来源于氨气和水产生“氢氧化铵”?
三、酸碱溶剂理论
作为酸碱电离理论的有效补充,1905年,英国化学家富兰克林提出了酸碱溶剂理论。即凡在溶剂中产生该溶剂的特征阳离子的溶质叫做酸,产生该溶剂的特征阴离子的溶质叫做碱。
从定义上可以看出,这个补充是有限的,仅仅把酸碱电离理论的普适性从“水”这种质子体系提升到了非质子体系中,同时对非质子体系溶剂也有个限定——必须是能发生自电离。
但是由其带来的一些概念却对合成化学研究产生了重大的影响,如在溶剂的自耦电离中根据有无质子参与,分为质子溶剂和非质子溶剂;根据溶剂效应划分溶剂为酸性溶剂,碱性溶剂,两性溶剂(墙头草);根据不同溶剂中溶质的电离情况,将溶剂归类为某些溶质的拉平溶剂或者区分溶剂等等,这些都极大的促进了科学研究。
四、 Bronsted酸碱质子理论
1923年, 布朗斯特和劳瑞提出的Bronsted酸碱质子理论是目前被广泛认可使用的理论之一,其对酸碱定义是: 凡是能够给出质子(H+)的物质都是酸(质子酸);凡是能够接受质子的物质都是碱(质子碱)。
酸失去一个质子后成为它本身的共轭喊,碱结合一个质子后成为它本身的共轭酸。酸和相应的共轭碱或碱和相应的共轭酸之间则互为共轭酸碱对。
共轭酸的酸性越强,共轭碱的碱性越弱,反之,共轭酸的酸性越弱,共轭碱的碱性越强,这透漏出了化学反应中的一种本质现象,对合成化学有着深刻的指导意义。
同样,在该理论中,一种物质是酸还是碱,是由其在酸碱反应中的作用来决定的,所谓遇强则弱,弱则投去反派阵营!
Bronsted酸碱质子理论扩大了酸和碱的范围,只以质子的接收还是给出来考量,不再限定以水为溶剂,适用于任何溶剂体系和无溶剂体系(如气相反应体系)。但局限性很明显,局限于含质子酸碱。
五、Lewis酸碱电子理论
与布朗斯特同年,美国化学家路易斯指出,没有任何理由认为酸必须限定在含氢的化合物上,就像氧化反应不一定非有氧参加一样。
路易斯作为共价键理论的创建者,他用结构化学的观点,提出了酸碱电子理论: 酸是电子的接受体,碱是电子的给予体 。
酸碱反应的实质是酸从碱接受一对电子,形成配位键,得到一个酸碱加合物的过程。
Lewis碱包括全部 Bronsted碱,Lewis酸则不一定包括 Bronsted酸 。例如,在质子酸碱理论中,HCl是一种质子酸,然而在Lewis酸碱理论中,HCl是Lewis酸 H +与Lewis碱 Cl -结合而成的酸碱加合物。
毫无疑问,这种从结构化学上引申出来的定义理论基础更加牢固,更能让人信服。其脱离了体系必须具有某种离子或元素和溶剂的限制,而立论于物质的普遍组分及电子的接受与否。
事实上,Lewi酸碱理论中涉及的四种反应类型:酸碱加合反应,酸取代反应,碱取代反应,双取代反应几乎囊括了合成反应中的绝大部分类型,其和氧化还原反应,自由基反应是化学反应中的三大基础反应!
但世界上并不存在完美的事物,在一方面完美的同时,一些缺陷也会引起人们的重视。Lewis酸碱理论虽好,但却 无法准确描述酸碱的强弱程度,难以判断酸碱反应的方向与限度,这使得实际生产生活中往往是与其他理论的共用(如和布朗斯特酸碱理论以及软硬酸碱理论等)
六、软硬酸碱理论(HSAB)
在前人工作的基础上,皮尔逊于1963年提出软硬酸碱理论(HSAB):体积小,正电荷数高,可极化性低的中心原子称作硬酸,体积大,正电荷数低,可极化性高的中心原子称作软酸。将电负性高,极化性低难被氧化的配位原子称为硬碱,反之为软碱; 除此之外的酸碱为交界酸碱。
按反应性总结来看,皮 尔孙提出的酸碱反应规律为:“硬酸优先与硬碱结合,软酸优先与软碱结合。
软硬酸碱的主要作用是准确预言Lewis酸碱反应方向,但要注意的是,酸碱的软硬程度与酸碱强度是不同的概念,处理酸碱反应时需要综合考虑反应物的酸碱性与软硬程度。在酸碱的软硬度与酸碱性相当时,酸碱的软硬度对反应的方向起主导作用。
七、其他
除了以上介绍过的酸碱理论外,还有很多其他的酸碱理论,如:鲁克斯氧离子理论、酸碱正负离子理论等等,实际中只要了解就好,化学总是要进步的,每种理论中都是有缺陷的,我们要善于总结与归纳,说明下个命名的酸碱理论集大成者中就有你的名字。
苏州固锝融资融券信息显示,融资方面,当日融资买入1418.0万元,融资偿还956.63万元,融资净买入461.37万元。融券方面,融券卖出5.43万股,融券偿还13.48万股,融券余量35.74万股,融券余额297.0万元。融资融券余额4.07亿元。近5日融资融券数据一览见下表:
在有机合成工作中,个人认为主要记住路易斯酸碱电子理论+布朗斯特酸碱质子理论+软硬酸碱理论,这三者大体可以满足我们在合成中的理论要求
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本文参考:
百度百科
刑其毅等《基础有机化学》
Inorganic Chemistry, Plymouth State University
Chemistry 2e by OpenStax (paperback version现货配资, B&W), 2 volumes Second Edition
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