酸鹼與予體-受體化學
共軛酸鹼對(conjugate acid-base pair)
當一個酸把質子給出去時,它並非憑空消失——它變成了某種新物種,原則上還能把質子收回來。這一前後成對的搭檔就是共軛酸鹼對:相差恰好一個質子(一個 H+)的兩個物種。帶有多餘質子的那個是酸,沒有它的那個是鹼。
以 HF 和 F- 為例。HF 是酸;拿掉一個 H+,剩下 F-,即它的共軛鹼。把 H+ 加回 F-,又得到 HF,所以 F- 是鹼、HF 是它的共軛酸。每個布朗斯特反應都有兩對這樣的共軛對對峙,質子從一對跳到另一對:HF + H2O 得 F- + H3O+,兩對分別是 (HF / F-) 與 (H3O+ / H2O)。由此引出一條極其有用的規律:酸越強,其共軛鹼越弱,反之亦然。因為 HCl 是強酸(急於失去 H+),Cl- 就是極弱的鹼(毫無收回 H+ 的意願)。因為乙酸弱,醋酸根就是明顯更強一些的鹼。
這種互逆關係正是緩衝溶液的引擎(弱酸加上它的共軛鹼能抵抗 pH 變化),也是水中任意共軛對都滿足 Ka 乘以 Kb 等於 Kw 這一定量關係的根基,還是判斷反應方向的依據:質子總是移動到生成更弱酸和更弱鹼的方向,也就是落在更強的鹼上。認出共軛對,就能把一團亂麻般的酸鹼反應化為一本簡單的賬:誰更願意握住這個質子。
在 HF + H2O 得 F- + H3O+ 中,出現兩個共軛對:HF/F- 和 H3O+/H2O。由於 HF 是較弱的酸,F- 就是一個不可忽視的鹼;由於 H3O+ 是強酸,H2O 是很弱的鹼。質子大多留在 HF 上,所以 HF 只部分電離。
兩對各相差一個質子;質子停在更強鹼想要它停留之處。
強酸的共軛鹼實際上幾乎只是旁觀者,談不上是鹼——Cl-、NO3-、ClO4- 都不會從水中明顯奪取質子。強弱是互逆的:很強的酸必然有一個幾乎無用的共軛鹼。
又稱
另見