酸？碱？还不是那一纸定义！

作者：真·凤舞九天　　本文受众：初中及以上

放眼整个初中来看，最重要的就是“酸、碱、盐”那一章了
但是很多同学知道的“五氟化锑”也是一种酸，这又是为什么呢？
且看本凤一一道来

　　进入正题之前先来聊一段历史吧。

　　其实第一个提出酸碱概念的人是被称为化学之父的拉瓦锡（A·L·Lavoisier，1743-1794），那时还是古老的十八世纪。拉瓦锡既然发现了氧，那么他的理论里自然有氧的位置。大约1776年，能见到的酸也就是硝酸啊硫酸之类的，所以拉瓦锡的理论认为：氧是酸中不可或缺的组分。有的同学会马上反驳：那时不还有盐酸吗？很简单，拉瓦锡说：这玩意里一定含有氧元素。没办法，因为当时未知的事物太多了。

　　这个说法一直被推行了30多年呢！然后被发现碱金属的 戴维（H·Davy，1778-1829）推翻了，反例就是盐酸。另外一提，日本元素周期表里氧叫做酸素就是这么来的。

　　后来有机大神 李比希（J·V·Liebig，1803-1873）发话了，当时研究了一大堆有机酸组成的他当然有发言权。于是在那个中国开始鸦片横行的1838年，李比希提出了自己的看法：酸含有氢元素，且其中的氢可以被金属替换。

　　是不是和大家所学的酸碱很像了？没错！在这个理论推行了将近50年后。终于迎来了我们熟知的那套酸碱理论！

一、酸碱电离理论

　　1884年的时候，阿伦尼乌斯（S·A·Arrhenius，1859-1927）和搭档提出了这个理论。这就是著名的酸碱电离理论，也叫阿伦尼乌斯酸碱理论。大神也因此获得1903年的诺贝尔奖。这个理论沿用至今，它的内容也耳熟能详：

酸在其水溶液中氧离子只电离出氢离子，而碱则阴离子只电离出氢氧根离子。
酸碱反应的本质是氢离子与氢氧根离子反应生成水。（\(H^++OH^-=H_2O\)）

　　这就是大家所学的那套理论了！于是什么中和反应、酸碱和盐反应之类的就都能说通了。

　　但是这个理论的局限性好大啊，你仔细一看：水溶液。那不溶于水的怎么办呢？不需要水就能反应的怎么办呢？于是氨气和氯化氢的反应没法解释了，氧化钡和三氧化硫的反应更不必说。

　　出了问题要去解决问题，新的问题也在推动科学的进步，于是新理论来了：

二、酸碱质子理论

　　这么尖锐的矛盾我们这些初高中生都能看出来就更别说那个大神云集的年代了。于是在阿伦尼乌斯获得诺贝尔奖后20年后 布朗斯特（J·N·Brønsted，1879-1947）和 劳里（T·M·Lowry，1874-1936）提出了自己的看法。我们先来看看这个理论的名字：酸碱质子理论。于是问题来了：质子是个什么东西？

　　众所周知，氢原子的结构中原子核没有中子（不考虑同位素），也就是对于氢原子来说就是一个电子围着质子在那转。把这个电子扔掉不就剩下一个质子了吗？那么现在这是个什么，少了一个电子的氢原子，就是氢离子。这就是本理论中所说的质子了。

　　和上面那个不一样的是，虽然涉及质子，但这回一点水都没有。质子理论的定义是：

凡是能给出质子（\(H^+\)）的物质都是酸，凡能接受质子的物质都是碱
既能给出质子，也能接受质子的物质称为两性物质。即：酸 = 碱 + 质子

　　这样定义下酸碱就被质子联系起来了，然后结成了一对一对的。这样的一对酸碱称为共轭酸碱对，左边的酸是右边碱的共轭酸，右边的碱是左边酸的共轭碱。这无疑扩大了酸碱的范围。刚才提到的氯化氢和氨气的反应也可以很好地解释了，因为\(HCl\)可以给出质子变成\(Cl^-\)，这个质子正好被\(NH_3\)得到变成\(NH_4^+\)，所以\(HCl\)是酸，\(NH_3\)是碱。

　　但是、氧化钡和三氧化硫还没有解决。的确，\(BaO+SO_3=BaSO_4\)中并没有质子传递，而且氯化铝和氢氧化钠的反应也没法解释。看来这个理论还是有点局限性。于是另一个理论来了：

三、酸碱电子理论

　　无独有偶，在质子理论提出的同一年，路易斯（G·N·Lewis，1875-1946）提出了酸碱电子理论（路易斯酸碱理论）。路易斯大神可是共价键理论的创始人呢！他说：“既然氧化反应不一定要有氧，那酸为什么必须要有氢呢？”于是他用结构定义了酸碱：

碱是具有孤对电子的物质，这对电子可以用来使别的原子形成稳定的电子层结构。
酸则是能接受电子对的物质，它利用碱的孤对电子使其本身的原子达到稳定的电子层结构。

　　想要了解这个理论，首先要了解这个“孤对电子”是什么东西。

　　众所周知，原子核外面有很多电子，这些电子可以在任何时刻出现在任何位置。对于电子来说，不同电子都有各自经常出现的位置。当然赶巧了电子与电子有时也会有相同的偏好位置。但空间是有限的，每个位置最多只能装两个电子，正好一对。这一对叫做电子对。而如果他们在分子里忠诚的守着原来的原子，不跑到其他原子里的，就赐予他们孤对电子的称号。

　　所以对于氧化钡和三氧化硫来说，虽然没有质子，但是氧化钡有孤对电子，他可以使三氧化硫中的硫达到稳定结构，所以他是碱；三氧化硫能够接受氧化钡的孤对电子，所以他是酸。

　　这样的话酸碱理论终于到达了一个比较广义的高度，但是这个理论却没法确定酸碱的强弱。直到1963年，皮尔逊（R·G·Pearson，1919-）提出了软硬酸碱理论，从而进一步完善了路易斯酸碱理论。由于软硬酸碱理论稍微难懂一点，所以这里不做说明。

四、酸碱溶剂理论

　　值得一提的是，和上述三大理论并列的还有一个，那就是由卡迪和埃尔西于1925年提出的酸碱溶剂理论。这也是对电离理论和质子理论的进一步发展：

凡在溶剂中产生（或通过反应生成）该溶剂的特征阳离子的溶质称作酸
而产生（或通过反应产生）该溶剂的特征阴离子的溶质称作碱

　　所以在水中产生氢离子的就是酸，氢氧根的就是碱，因为：
$$2H_2O\rightleftharpoons H_3O^++OH^-$$
　　在液氨中：
$$2NH_3\rightleftharpoons NH_4^++NH_2^-$$
　　没有质子的同理：
$$N_2O_4\rightleftharpoons NO^++NO_3^-$$

　　这个还是比较好懂的，简单说就是溶剂自己拆自己。既然这个理论规定酸导致溶剂阳离子浓度上升，阴离子浓度下降，而碱则相反。那么硝酸在纯硫酸中就是碱：
$$HNO_3+2H_2SO_4 \rightleftharpoons NO_2^++H_3O^++2HSO_4^−$$
　　也就是说同一化合物在不同溶剂中扮演角色不同。比如高氯酸在水中是强酸，在乙酸中是弱酸，而在氟磺酸中则是弱碱。

　　综上，也许大家再去纠结什么最强酸碱就没有必要了。而实际上想知道最强酸碱的人最大的错误是将酸碱性与腐蚀性混为了一谈，认为酸碱性强弱和腐蚀性强弱是成正比的，以此试图找到一种腐蚀性很强的物质。实际不然，酸碱性强弱与腐蚀性强弱根本没有必然关系。更何况不同定义下的酸碱含义都不同，又有什么可比性呢？