酸碱与反应性基础

布朗斯特-劳里酸碱(Bronsted-Lowry acid and base)

/ BRUHN-sted LOW-ree /

可以把一个化学反应想成一场用单个氢离子(也就是一个裸质子)玩的小小接球游戏。把质子抛出去的那一方是酸;接住它的那一方是碱。这就是布朗斯特-劳里观点的全部精髓:酸是任何能交出质子(H+)的东西,碱是任何能接受质子的东西。醋之所以发酸,是因为乙酸不停地把质子抛进水里;氨之所以气味刺鼻,是因为它不停地把质子接住。

具体说来,一个质子其实就是丢掉了唯一那颗电子的氢原子,所以它是一个微小的正电荷,自己没有电子云。它无法在溶液里独自漂浮——必须依附在某个带有一对自由电子的东西上。因此每一个布朗斯特酸都需要一个布朗斯特碱来接它的质子;这个转移过程就是反应。当氯化氢遇上水,HCl 把一个质子给了 H2O:HCl + H2O 变成 Cl- 加上 H3O+(水合氢离子,又称鎓离子)。这里 HCl 充当酸,水充当碱。

这个观点在有机化学里很重要,因为分子的许多行为都从「质子换手」开始。一个醇能否被改造成更好的离去基团、一个碳能否被变得亲核、一个催化剂究竟能不能起作用——这些往往都归结为谁给质子、谁接质子。布朗斯特-劳里这副眼镜是日常的主力;当反应里根本没有质子参与时,就要换上更宽广的路易斯眼镜(看的是电子对,而不只是质子)。

HCl + H2O -> Cl- + H3O+ (HCl 是酸,给出质子;H2O 是碱,接受质子)

酸碱反应说到底,不过是一个质子从一个分子传给另一个分子。

酸和碱是反应中扮演的角色,而不是固定的标签。水对 HCl 来说是碱,对氨来说却是酸——既能当酸又能当碱的物质叫做两性物质(amphoteric)。

又称
proton donor and acceptor质子给体与受体質子給體與受體布-劳酸碱理论