酸碱与给体-受体化学

布朗斯特-劳里酸碱定义(Bronsted-Lowry acid-base definition)

/ BRURN-sted LOW-ree /

阿伦尼乌斯的想法太依赖水了。1923年,约翰内斯·布朗斯特(Johannes Bronsted)和托马斯·劳里(Thomas Lowry)各自独立提出了更干净的图景:抛开水和氢氧根,盯住质子本身。酸是任何能给出质子(H+)的物种;碱是任何能接受质子的物种。酸碱化学的核心,就变成了一个质子的易手。

这一转换很巧妙。氨现在显然是碱——它有一对孤对电子能抓住质子变成 NH4+,根本不需要氢氧根:NH3 + H2O 得 NH4+ + OH-,这里水充当了酸,因为它递出了一个质子。关键在于:每个给出质子的酸都会变成一个碱(它的共轭碱),每个接受质子的碱都会变成一个酸(它的共轭酸)。任何反应都是两对这样的共轭对在竞争,质子最终落在更强的碱上。水本身两面皆可:它把质子给氨,却从 HCl 那里夺取质子。我们把这种两性的物种称为两性质子(amphiprotic)。

凡是涉及 H+ 的,布朗斯特-劳里都是主力定义——pKa 表、缓冲溶液、HF、HNO3、H2SO4 等无机酸的相对强弱,以及液氨等非水溶剂中的质子化学。它比阿伦尼乌斯更宽(在任何溶剂中、甚至无溶剂时都成立),但仍比路易斯窄,因为它本质上只关乎质子。完全没有质子转移的反应,例如 BF3 从 NH3 那里夺取一对电子,就落在它的范围之外。

NH3 + H2O 得 NH4+ + OH-。这里水是酸(给出质子,变成它的共轭碱 OH-),氨是碱(接受质子,变成它的共轭酸 NH4+)。一开始并不需要游离 OH-——氨是碱,纯粹因为它接受了质子。

水把质子给氨:一个看不见氢氧根试剂的酸碱反应,正是阿伦尼乌斯无法解释的。

酸和碱是角色,而非固定标签。水对氨是酸,对 HCl 却是碱。一个物种究竟充当酸还是碱,取决于它的对手。

又称
proton-transfer definition质子理论質子理論