化学酸碱理论的历史和发展.doc

化学酸碱理论的历史、发展及应用
作者：李禄平
学院：材料学院 专业：材料成型及控制工程 学号：1120910328 电话：[phone] 邮箱： 1653915263@

摘要：酸碱是化学这门学科非常重要的组成部分，它的概念的形成却经历了前后三百年的时间，不同的理论对于酸碱有不同的定义，然而最著名的就是酸碱电离理论和酸碱质子理论，经过许多科学家的研究和完善，使得化学界对酸碱的概念的认识有了更加深刻的认识。
关键字：酸碱；盐；酸碱电离理论；酸碱质子理论；酸碱电子理论

一，人们最初对酸碱的认识
酸碱对于化学来说是一个非常重要的部分，在日常生活中，我们接触过很多酸碱盐之类的物质，例如调味用的食醋，它就是一种有机酸（CH3COOH)；建筑上用的熟石灰是一种碱（Ca(OH)2）等等。刚开始人们是根据物质的物理性质来分辨酸碱的。有酸味的物质就归为酸一类；而接触有滑腻感的物质，有苦涩味的物质就归为碱一类；类似于食盐一类的物质就归为盐一类。直到17世纪末期，英国化学家波义耳才跟据实验的理论提出了朴素的酸碱理论：
㈠：只要该物质的水溶液能溶解一些金属，能与碱反应失去原来的性质并且能使石蕊的水溶液变红，那么称它为酸。
㈡：只要该物质的水溶液有苦涩味，能与酸反应失去原来的性质并且能使石蕊的水溶液变蓝，那么称它为碱。
从我们现在的眼光来看，这个理论明显有很多漏洞，如碳酸氢钠，它符合碱的定义，但是它实际上是一种盐。这个理论主要跟很多盐相混淆。
后来人们又试图从酸碱的元素组成上来加以区分，法国化学家拉瓦锡认为，氧元素是酸不可缺少的元素。然而英国的戴维以盐酸并不含氧的实验事实证明拉瓦锡的理论是错误的。戴维认为氢才是酸的不可或缺的元素，要判断一个物质是不是酸，要看他是否含有氢原子。然而很多盐跟有机物都含有氢原子，显然这个理论过于片面了。德国化学家李比西接着戴维的棒又给出了更科学的解释：所有的算都是含氢化合物，其中的氢原子必须很容易的被金属置换出来，能跟酸反应生成盐的物质则是碱。但是他又无法解释酸的强弱的问题。随着科学的发展，人们又提出了更加科学的解释，使得酸碱理论愈发成熟。
二，酸碱电离理论
1887年瑞典科学家阿伦尼乌斯率先提出了酸碱电离理论。他认为，凡是在水溶液中电离出来的正离子都是氢离子的物质就是酸，凡是在水溶液中电离出来的负离子都是氢氧根离子的物质就是碱。酸碱反应的实质其实就是氢离子跟氢氧根离子的反应。
这个理论能解释很多事实，例如强酸与弱酸在性质上的差别的问题，强酸的水溶液由于能够电离出更多的氢离子从而与金属的反应更为剧烈，呈现的酸性比较强。他还解释了酸碱中和反应的实质，就是氢离子与氢氧根离子的反应。可以说阿伦尼乌斯的酸碱电离理论是酸碱理论发展的一个里程碑，至今仍被人们广泛应用。
酸碱电离理论对酸和碱的定义虽然比较简单，但对于水溶液中呈现酸性或碱性但本身不解离出H+或OH-的物质的定义比较混乱。如将在水溶液中呈碱性的NH3认为是碱，而将同是在水溶液中呈碱性的Na2CO3认为是盐。另外它把酸碱限定在水溶液之中，然而很多物质在非水溶液中不能电离出来氢离子跟氢氧根离子，却也能表现出跟酸碱接近的性质。于是1905年，英国的化学家富兰克林提出来酸碱溶剂理论，他认为凡是能生成与溶剂相同的正离子的物质是酸，凡是能生成与溶剂相同负离子的物质就是碱。这个理论把阿伦尼乌斯的电离理论进一步的扩大了范围。不仅仅限定在水溶液中了。
三，酸碱质子理论（又称质子传递理论）
酸碱电离理论无法解释非电离的溶剂中的酸碱性质。针对这一点，1923年，布朗斯特跟罗瑞分别独立的提出了酸碱质子理论。他们认为，凡是能够给出质子（H+）的物质（分子或离子）叫做酸，凡是能够接收质子（H+）的物质。简单地说，酸是质子的给体，而碱是质子的受体。酸碱质子理论对酸碱的区分只以H+为判据，因此认为NH3和Na2CO3中的CO3-都是碱。酸与碱之间存在如下的对应关系：
酸←→质子+碱
可见, 酸给出质子后生成相应的碱, 而碱结合质子后又生成相应的酸。酸碱之间的这种相互依存，相互转化的关系称为共轭关系。相应的一对酸碱被称为共酸碱对。酸碱反应的实质是两个共酸碱对的结合, 质子从一种酸转移到另一种碱的过程。上式中酸碱称为共轭酸碱对酸碱质子理论很好的说明了NH3 就是碱,因它可接受质子生成HN4+。同时也解释了非水溶剂中的酸碱反应。
与酸碱的电离理论和溶剂理论相比, 酸碱质子理论已有了很大的进步, 扩大了酸碱的范畴, 使人们加深了对酸碱的认识。但是, 质子理论也有局限性,它只限于质子的给予和接受, 对于无质子参与的酸碱反应就无能为力了。
四，酸碱电子理论
任何理论都有它的局限性，不管是电离理论还是质子理论, 都把酸的分类局限于含H 的物质上。有些物质如: SO3、BCl3 ,根据上述理论都不是酸, 因为既无法在水溶液中电离出H+, 也不具备给出质子的能力, 但它们确实能发生酸碱反应如:
SO3+ Na2O= Na2 SO4
BCl3 + NH3= BCl3 · NH3
这里BCl3 ，SO3虽然不含H但是也起着酸的作用。
1923年美国科学家路易斯指出没有理论认为酸必须限定在含H的化合物上，他的这种认识来源自氧化反应不一定非要有氧气参加。他是共价键理论的创建者，所以他更愿意用结构上的性质来区别酸碱。他认为：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, 它利用碱所具有的孤对电子使其本身的原子达到稳定的电子层结构。酸碱反应的实质是碱的未共用电子对通过配位键跃迁到酸的空轨道中, 生成酸碱配合物的反应。
这一理论很好的解释了一些不能释放H的物质本质上也是算，一些不能接受质子的物质本质上也是碱。同时也使酸碱理论脱离了氢元素的束缚。将酸碱理论的范围更加的扩大。这就像以前人们一直把氧化反应只局限在必须有氧原子参加一样，没有意识到一些并没有氧参加的反应本质上也是氧化反应。这使得化学的知识结构更加的具有系统性。
五，酸碱研究的应用
我相信人们对酸和碱的认识到目前为止也是存在缺陷的，但是对化学性质的研究可以改变我们生活的许多方面，如未来我们可以通过化学实验制备出更好地抗酸胃药，既治好了病又不会人体产生任何影响。再比如：土壤的酸碱性是影响土壤养分有效性的重要因素，大多数养分在PH6.5-7.0时有效性最高或接近最高，土壤的PH值不同，土壤中某些养分的化学形态就会发生变化，养分的有效性就会产生差异，因此，了解了土壤酸碱性与养分有效性的关系，就可以通过对土壤酸碱性的改变来增加产量。
酸和碱的另一个重要的作用就是缓冲溶液，缓冲溶液是指由弱酸（或弱碱）及其强碱（或强酸）盐组成的混合溶液，其PH在一定范围内不因稀释或外加少量酸（或碱）而发生显著地变化。它的作用在于溶液中存在打量的未解离的弱酸（或弱碱）分子及其相应的盐的离子。当外界因素引起C(H+)[或C（OH-）]降低时，弱酸（或弱碱）就解离出H+（或OH-）；当外界因素引起C（H+）[或C（OH-）]增加时，大量存在的弱酸盐（或弱碱盐）的离子便会“结合”增加的H+（OH-），从而维持溶液中C（H+）[或C（OH-）]基本不变，即溶液的PH值基本保持不变。如HAc-NaAc缓冲溶液的缓冲作用就是这个原理。
又比如，人们在劳累后应该吃些什么东西呢？许多人在紧张劳动或剧烈运动以后，会感到浑身的肌肉和关节酸痛，精神疲惫。为了尽快的解除疲劳，人们常常吃些鱼、肉和蛋类，以为这样可以补充营养，恢复体力。其实，吃这些东西并不能帮助解除疲劳。因为通过对酸碱的研究我们发现，正常人的血液呈碱性，人在剧烈运动后感到肌肉和关节酸痛，其原因之一是体内的脂肪、蛋白质和糖类大量分解，在分解过程中产生乳酸和磷酸等酸性物质，积聚在人的肌肉内。这些酸性物质刺激人体器官，使人感到肌肉、关节酸痛和疲劳。因此我们需要吃一些富含见得物质，如新鲜的蔬菜、水果和豆制品等，以保持体内酸碱的基本平衡，维持人体健康，这也是我们对酸碱的研究在生活中的一个重要的应用。
六，结语
探究人们对酸碱的认识和它的概念发展的长远的历史我们可以发现，人类的某些理论并不是刚提出来来就是正确的，很多理论都是经过一代又一代的科学家加以改进，完善，创新而得以进步的。就像18世纪非常流行的燃素理论一样，燃素理论确实能够解释很多很多的事情，但是它其实还是错的，那个理论是人们未了解事物的本质的时候提出的。当人们了解到氧气的存在的时候，才发现燃素理论是彻底错误的。总之，我们要通过科学的探索解释更多未知的同时，也要不断的改进我们现有的理论，使之更加完善。这样，科学才会不断快速的向前发展。
在化学这门学科的发展过程中，曾出现过许多著名的化学家，正是因为他们不断地探索和研究才使化学学科不断的向前发展，形成了今天相对完整的化学理论，我们应该学习他们的刻苦钻研精神和对未知的探索精神。元素周期表是由俄国化学家门捷列夫和德国科学家迈耶尔（Meyer）发现的，为了研究这一规律，门捷列夫辛勤的工作了20多年，一直工作到去世的前一天。可见，科学是一门充满诱惑的学科，只有我们对他产生了积极的兴趣，我们才能做好每一个实验，每一个突破。
参考文献
1、金若水，王韵华，芮成国 现代化学原理，北京高等教育出版社，2003
2、陈慧兰，余宝源 理论无机化学，北京高等教育出版社，1999
3、黄可龙 ，无机化学，北京科学出版社，2007
4、强亮生、徐崇泉, 工科大学化学, 高等教育出版社, 2009