溶剂体系概念(solvent-system concept)
这是一个巧妙的推广,它把酸碱化学从水中解放出来,却又不必一路走到电子对那么远。注意水会悄悄自电离:2 H2O 得 H3O+ + OH-,产生一个特征阳离子(H3O+)和一个特征阴离子(OH-)。溶剂体系概念说:在任何会自电离的溶剂中,酸是任何能增大该溶剂特征阳离子浓度的物质,碱是任何能增大其特征阴离子浓度的物质。酸加碱便重新生成中性溶剂——还是那个中和的思想,只是推广了。
把它用于液氨,液氨自电离为 2 NH3 得 NH4+ + NH2-(一个铵阳离子和一个氨基阴离子)。按溶剂体系规则,在液氨中酸是任何能增大 NH4+ 的物质(所以像 NH4Cl 这样的铵盐在氨中是酸),碱是任何能增大 NH2- 的物质(所以氨基钠 NaNH2 是碱)。氨中的中和是 NH4Cl + NaNH2 得 NaCl + 2 NH3——与水中的 HCl + NaOH 得 NaCl + H2O 完全平行。液态四氧化二氮电离为 N2O4 得 NO+ + NO3-,于是亚硝酰化合物充当酸、硝酸盐充当碱。甚至 BrF3 也自电离(2 BrF3 得 BrF2+ + BrF4-),在一种液态卤素互化物中给出一个酸碱体系。
溶剂体系概念恰恰在质子图景失效之处显出威力:在 N2O4 或 BrF3 这类非质子溶剂中,根本没有质子可转移,却存在一套完全自洽的酸碱化学,由溶剂自身的离子定义。它是非水和熔盐化学的合适工具。坦白地说,它的局限是只适用于真正会自电离的溶剂;对于几乎不自电离的溶剂,路易斯定义是更稳妥、更普适的框架。可以把溶剂体系看作连接阿伦尼乌斯(只是水这一情形)与完全普适的路易斯观点之间的桥梁。
在液氨中(自电离为 2 NH3 得 NH4+ + NH2-),中和反应与水中如出一辙:NH4Cl(酸,增大 NH4+)加 NaNH2(碱,增大 NH2-)得 NaCl + 2 NH3,与 HCl + NaOH 得 NaCl + H2O 完全平行。
同样的中和逻辑,不同的溶剂:酸供给溶剂阳离子,碱供给溶剂阴离子。
这一概念只适用于真正会自电离的溶剂;对几乎不(或完全不)自电离的溶剂,它给不出多少指引,而路易斯理论是更稳妥的普适框架。它对物种的分类也只相对于其溶剂而言——NH4Cl 在氨中是酸,在水中却不是。