酸碱与给体-受体化学
阿伦尼乌斯酸碱定义(Arrhenius acid-base definition)
/ uh-RAY-nee-us /
早在人们能看到分子之前,化学家就注意到两类相反的溶液。一类像柠檬汁或醋,味酸、能把蓝色石蕊变红、还能溶解金属;另一类像肥皂或苏打,手感滑腻、能把红色石蕊变蓝、并能中和前一类。最早用现代方式说明酸和碱到底是什么的,是19世纪80年代的斯万特·阿伦尼乌斯(Svante Arrhenius),而他把一切都系在水上。
在阿伦尼乌斯的图景里,酸是溶于水后能增大氢离子 H+ 浓度的物质(其实是 H3O+,即水合氢离子,因为裸质子从不会在水中单独游动)。HCl 是酸,因为 HCl 与水作用生成 H+ 和 Cl-。碱则是溶于水后能增大氢氧根离子 OH- 浓度的物质。NaOH 是碱,因为它电离出 Na+ 和 OH-。中和反应就只是 H+ 遇上 OH- 生成水:H+ + OH- 得 H2O。强酸强碱几乎完全电离,弱酸弱碱只部分电离。
这个定义干净、可定量,至今仍是日常 pH 标度的基础,但它很窄。它只在水中成立,无法解释为什么氨(NH3,本身并没有 OH- 可给)是碱,也无法描述液氨、熔盐或气相中的酸碱化学。这些局限正是后来发展出更宽定义(先是布朗斯特-劳里,再是路易斯)的原因。阿伦尼乌斯最好被看作水溶液这一特例下的正确说法,而非全部。
HCl 气体溶于水:HCl + H2O 得 H3O+ + Cl-。溶液中多了水合氢离子,因而呈酸性。加入 NaOH,它释放的 OH- 与 H3O+ 结合重新生成水,从而中和酸。
酸增多 H3O+,碱增多 OH-,二者结合成水——阿伦尼乌斯的全部故事浓缩成一行。
常见简写是 H+,但裸质子在水中并不游离存在——它总是以 H3O+(或更大的簇如 H5O2+)形式存在。阿伦尼乌斯定义也严格限于水中,对其他溶剂里的酸性无能为力。
又称
另见