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(二)酸碱的强度
1.酸碱强度与物质的本性有关
物质酸碱性的强弱是其给出或接受质子能力的差别。
对一定的共轭酸碱对来说,它们之间的强弱是相对的,且具有相互依赖的关系。一般来说,如果酸给出质子的能力越强则表现强酸性,其共轭碱接受质子的能力则越弱表现弱碱性;如果酸给出质子的能力较弱表现弱酸性,则其共轭碱的接受质子的能力就越强表现强碱性。当物质以水溶液的形式存在时,其酸碱性是通过与水分子之间的质子转移来表现的。则给出或接受质子的能力差别将反映在不同物质在相同情况下和共轭酸碱对两个方面。
例如 HCl + H2O = H3O+ + Cl-
HCl 给出质子的能力较强,在水溶液中可以完全将质子转移给水,表现出强酸性;而其共轭碱Cl-的接受质子的能力相对较弱,在溶液中不易牢固结合质子而表现出弱碱性。
再如 HAc + H2O = H3O+ + Ac-
HAc给出质子的能力较弱,在水溶液中不能完全将质子转移给水,而Ac-的接受质子的能力相对较强,在溶液中能够结合质子形成其共轭酸,结果使HAc在水溶液中转移质子的过程是可逆的,而表现出弱酸性。
而HCl和HAc物质将质子转移给水的能力差别,反映了两种物质之间的酸性强弱。所以不同物质在相同条件下,转移质子能力的差别决定了物质酸碱性的相对强弱。
2.酸碱的强弱与溶剂有关
由于酸碱质子理论认为物质的酸碱性的强弱是转移质子能力所决定的,因此一种物质所显示的酸碱性强弱,除了与其本性(给出或接受质子的能力)有关外,还与物质的反应对象(或溶剂)的性质有关。同一种酸在几种接受质子能力不同的溶剂中,可以表现出不同的强度。 例如,因为液氨接受质子的能力比水接受质子的能力强,所以当液氨做溶剂时可以促进HAc的电离,而使其表现较强的酸性;但当以HF为溶剂时,由于HF给出质子的能力强于HAc,使HAc获得质子生成H2Ac+表现为弱碱性。
HAc + H2O = H3O+ + Ac-
HAc + NH3 = NH4+ + Ac-
HAc + HF = F- + H2Ac+
再如HNO3在水中为强酸,但在冰醋酸(即纯HAc)中,其酸的强度便大大降低,而
在纯的H2SO4中,却表现为碱性物质,其反应式如下:
HNO3 + H2O = NO3- + H3O+
HNO3 + HAc = NO3- + H2Ac+
HNO3 + H2SO4 = H2NO3+ + HSO4-
所以物质的酸碱性的相对强弱与溶剂的酸碱性有关。
3. 酸度平衡常数和碱度平衡常数
共轭酸碱的强弱可以由物质在水溶液中转移质子过程的平衡常数来衡量。
HAc + H2O = H3O+ + Ac-
[H3O+][ Ac-]
Kaφ=---------------------------
[HAc]
Kaφ为HAc的标准电离平衡常数, 平衡常数表达式中各物质的平衡浓度是相对于标准态的浓度,(因Cφ=1 mol·L-1,C/Cφ在数值上等于C),Kaφ无量纲,简写为Ka,称酸度常数。
同理,共轭碱接受质子过程的平衡常数以碱度常数表示
Ac- + H2O = OH- + HAc
[OH-] [HAc]
Kbφ=---------------------------
[ Ac-]
共轭酸碱的酸度平衡常数和碱度平衡常数的关系是
Kw
Ka HAc=---------------------------
Kb Ac-
一对共轭酸碱,其电离平衡常数之积等于Kw,所以酸越强Ka值越大,其轭酸碱越弱Kb 越小。
酸碱质子理论扩大了酸碱以及酸碱反应的范畴,把水溶液中进行的一些离子反应归为质子转移的酸碱反应,并能解释一些无溶剂或非水溶剂中的酸碱反应。但它也有一定的局限性,它的突出缺陷是把酸只限于能给出质子的物质,而早已为实验证实的酸性物质,如SO3,BF3等都被排斥在酸的行列以外。
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