质子理论认为酸碱反应实质是什么

4.1.2　酸碱质子理论

氯化氢是酸，氨是碱，这是人们所熟知的。然而它们在苯中并不电离，却能相互反应生成氯化铵。这些事实是阿伦尼乌斯酸碱电离理论解释不了的。1923年，丹麦化学家布朗斯特和英国化学家劳里同时独立地提出了酸碱质子理论。

4.1.2.1　酸碱的定义

酸碱质子理论认为：凡是能释放出质子(H⁺)的任何含氢原子的分子或离子都是酸；任何能与质子结合的分子或离子都是碱。简而言之，酸是质子的给予体(proton donor)，碱是质子的接受体(proton acceptor)。

例如：HCl能离解为H⁺和Cl^-：

也可以离解H⁺和NH₃：

HCl、都能给出质子，它们都是酸。酸可以是分子、阴离子或阳离子，酸给出质子的反应是可逆的。酸失去质子后，余下部分就是碱。碱也可以是分子、阴离子和阳离子。上述酸的水溶液中，Cl^-、NH₃都是相应酸的碱，简称为碱。

4.1.2.2　酸碱反应的实质

根据酸碱质子理论可知，酸和碱是成对出现的，酸给出质子，就必须有接受质子的碱存在，质子才能从酸转移到碱。因此，酸碱反应的实质是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应。

例如：HF在水溶液中的解离，HF给出H⁺后生成其共轭碱F^-；而H₂O接受H⁺生成其共轭酸H₃O⁺。实际上HF在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的，每一个酸碱半反应中都有共轭酸碱对，可分别以侧标(1)和(2)表示：

同样，NH₃在水溶液中的解离反应是由下列两个酸碱半反应组成的：

在这里，H₂O给出质子而产生OH^-，H₂O是酸，H₂O与OH^-是一对共轭酸碱对；而NH₃接受了H₂O给出的质子成为，NH₃是碱，是NH₃的共轭酸；与NH₃也是一对共轭酸碱对。由此可见：在酸的解离反应中，H₂O是质子的接受体，H₂O是碱；在碱的解离反应中，H₂O是质子的给予体，H₂O是酸。即在一定条件下水是碱，在另外的条件下水又可以是酸。这种既能给出质子又能接受质子的物质被称为两性物质。水就是两性物质之一，这一点在水的自身解离反应中也可以看出：

盐类水解反应实际上也是离子酸碱的质子转移反应。例如：NaAc的水解反应：

Ac^-与H₂O之间发生了质子转移反应，生成了HAc和OH^-，Na⁺没有参与反应。

酸碱质子理论不仅适用于水溶液中的酸碱反应，同样适用于气相和非水溶液中的酸碱反应。如HCl与NH₃的反应，无论在水溶液中，还是在气相或有机溶剂中，其实质都是质子转移反应，最终生成氯化铵。因此均可表示为：

液氨是常见的非水溶剂，液氨的自身解离反应也是质子转移反应：

NH₄Cl+NaOH→NH₃+NaCl+H₂O(液氨中)

HCl+NaOH→H₂O+NaCl(水中)

这种在液氨与水中发生的中和反应都是质子转移反应。

4.1.2.3　共轭酸碱的强弱

酸碱的强弱是指酸给出质子和碱接受质子的能力强弱。给出质子能力强的物质是强酸，接受质子能力强的物质是强碱；反之，便是弱酸和弱碱。酸碱质子理论认为，酸碱在溶液中所表现出来的强度，不仅与酸碱的本性有关，也与溶剂的本性有关。人们所能测定的是酸碱在一定溶剂中表现出来的相对强度。同一种酸或碱，如果溶于不同的溶剂，它们所表现的相对强度就不同。例如HAc在水中表现为弱酸，但在液氨中表现为强酸，这是因为液氨夺取质子的能力(碱性)比水要强得多。这种现象进一步说明了酸碱强度的相对性。

酸碱强度的相对性可通过共轭酸碱对的离解常数K_a和K_b之间的关系说明。以HAc为例推导如下：

在一定温度下，水中的[H₃O⁺]与[OH^-]的乘积为一常数K_w。25℃时，K_w值为1.0×10^-14。这个关系说明：只知道了酸的离解常数K_a，就可以计算出它的共轭碱的K_b，反之亦然。K_a和K_b是成反比的，而K_a和K_b能反映酸和碱的强度。所以，在共轭酸碱对中，酸的强度愈大，其共轭碱的强度愈小；碱的强度愈大，其共轭酸的强度愈小。

酸碱质子理论与电离理论相比，不仅扩大了酸碱的范围，还可以把酸碱离解作用、中和反应、水解反应等都看做是质子传递的酸碱反应，更好地解释了酸碱反应；并摆脱了酸碱反应必须在水中才能进行的局限性，解决了一些非水溶剂或气相中的酸碱反应。但是酸碱质子理论不能解释那些不交换质子而又具有酸碱性的物质，如SO₃、BF₃、SnCl₄、AlCl₃等，它们与含氢酸一样在非水溶剂中可以中和碱。因此该理论还存在一定的局限性。