化学自习室移动版

酸碱理论对于无机化学来说是极其重要的组成 部分，不同的理论对于酸碱有不同的定义。在众多理论中，最普遍使用的一种是路易斯酸碱理论。我们可 以利用路易斯酸碱理论作为分析各类反应时的思路.。本文将简单地对比其他2种常见的理论与路易斯理 论的不同，并举例说明路易斯酸碱理论的应用方法.

1阿伦尼乌斯理论与质子酸碱理论

第一次在课堂上接触到“酸碱”概念是在初三，当时对酸的定义是，电离出来的阳离子全是H^＋的物质 就是酸；电离出来的阴离子全是OH^－的物质就是碱。这种定义方法与阿伦尼乌斯酸碱理论相似，这种理论在计算中的应用非常广泛，因为在水溶液中H^＋和 OH^－的浓度是可以测量的。酸碱的强度随H^＋和 OH^－的浓度变化而变化，于是根据这种理论定义了溶 液的pH，酸碱的强度得以量化。但是，这种理论只能 在酸碱的水溶液中使用，对那些不溶于水却能表现出 酸碱性的物质，阿伦尼乌斯理论不能对其进行分析.。例如，气态的NH₃在这种理论中就不是碱了，因为它 不能直接电离出OH^－。

后来，我们学到了布朗斯特和劳里提出的质子酸碱理论，弥补了一些阿伦尼乌斯理论中的不足。质子 酸碱理论认为，能接受质子(H^＋)的物质是碱，能提供质子的物质是酸.在酸提供质子后，剩下的就是它的共轭碱；同理，在碱接受质子后，生成的就是它的共轭 酸。这种理论比起阿伦尼乌斯理论适用的范围更大， 有效地被应用于非水溶液中对酸碱的分析。例如， NH₃(g)＋HCl(g) = NH₄Cl(s)中，NH₃ 接受了 HCl 提供的质子，即使它不能电离出OH^－，也表现出碱的性质。不过，质子酸碱理论也有不能解决的问题，与阿伦尼乌斯理论一样，它对酸碱的定义依赖于H^＋的存 在，所以对于不含H^＋的酸碱而言，质子酸碱理论也无能为力。如，BF₃＋NH₃ =BF₃NH₃，其中反应物甚至都不含氢元素，但仍能体现出酸碱的性质.

2强大的路易斯酸碱理论

对于不含氢元素的酸碱我们该如何分析呢？美国化学家路易斯认为酸不一定要局限于含氢化合物中。根据路易斯酸碱理论的定义，提供电子对的物质 是碱，接受电子对的物质是酸。当路易斯酸与路易斯碱反应时，酸接受碱的电子对，形成配位键。这种理论的研究范围包含了所有之前提到的酸碱理论，并且解 释了许多不含质子的物质表现出酸性的原因。根据路易斯酸碱理论分析可知，许多质子酸都不是路易斯酸，比如说HNO₃，HNO₃分子在反应中不能接受电 子，也不能提供电子，所以它既不是路易斯酸也不是 路易斯碱。其实，HNO₃在路易斯酸碱理论中属于酸碱加合物，因为H^＋＋NO₃^－→HNO₃，在这里H^＋是 酸，NO₃^－是碱。常见的路易斯酸有金属阳离子和BF₃、 AlCl₃等缺电子化合物；常见的路易斯碱包括各种带孤对电子的中性分子，如NH₃、甲醇等。图1是NH₃ 与BF₃反应的结构式。

其中，NH₃的一对孤对电子与BF₃的中心原子配位， 形成酸碱络合物，NH₃为电子给体，BF₃为电子受体.

BF₃是一种典型的缺电子化合物，这类化合物的中心原子是缺电子原子，也就是说它的价电子数小于价层轨道数。硼的电子构型是1s²2s²p¹，其中2s和 2p是价层轨道，2s与2p共有4个轨道，而硼的价电 子是3个。在三氟化硼中，由于F的影响，硼的一个2s电子被激发到空的2p轨道，杂化后形成3个sp²杂 化轨道。由于B的2p轨道中仍然没有电子，所以BF₃ 是可以接受电子对的路易斯酸。同理，对于NH₃来 说，氮的价电子数大于价层轨道数，属于富电子原子， 所以在以上的反应中能提供电子对，是路易斯碱。另 外，NH₃能与许多金属离子配位形成化合物。在这类 反应中，金属阳离子接受了 NH₃的电子对，所以络合反应也可以视为路易斯酸碱加合反应。

除此之外，路易斯酸碱理论在有机化学中也有不少应用。在有机化学中，亲电试剂是路易斯酸，亲核试 剂是路易斯碱。以SN₁亲核取代反应为例，如图2 所示。

由于R₁、R₂和R₃的空间位阻效应，离去基团 Br^－需要先获得C—Br键的电子对才能进行下一步 反应。Br^－离去后形成了一个三级碳正离子，在路易斯 酸碱理论中是一种路易斯酸。之前提到的OH^－为亲核试剂，是典型的路易斯碱，所以路易斯酸碱配位，形成2种生成物(因为亲核试剂可以从不同的两面进攻 三级碳正离子，所以产生了手性异构分子)。由于酸碱 中和反应速率极快，所以总体的反应速率可以视为 Br^－的离去的速率。

路易斯酸碱理论是目前应用范围最广泛的酸碱 理论，它能以酸碱的概念解释各种无机和有机的反 应。它最大的优点是无所不包，因为从电子对转移的 角度可以分析几乎所有反应。当然，没有什么理论是万能的。

路易斯酸碱理论的不足在于它对酸碱没有定量 计算的标准，不能比较酸碱的强弱，所以在需要计算 的情况下难以使用。不过，后来皮尔逊提出的软硬酸 碱理论弥补了路易斯酸碱理论的不足。通过结合这2 种理论，我们可以在分析电子对的提供与接受的同时 判断反应的方向和生成物的稳定性。