酸または塩基として分類される物質に関しては、考慮すべき 3 つの主要なカテゴリがあります。アレニウスの定義によると、酸は溶液中で H+ を生成し、塩基は溶液中で OH- を生成します。 Svante Arrhenius は 1883 年にこの理論を開発し、今日でも使用されています。 2 つのより洗練された一般的な理論の理論的提案が後で行われました。ここでは、酸と塩基のブレンステッド-ローリーとルイスの定義をそれぞれ示します。酸塩基理論の階層は、この図に示されています。それ自体がルイス酸および塩基のサブクラスであるブレンステッド酸および塩基のサブクラスは、アレニウス酸および塩基ファミリーによって代表される。
酸と塩基が関与する化学反応は、アレニウス理論によって記述されます。これは、利用可能な最も単純で一般的でない記述です。 HClO4 などの酸 NaOH や Mg(OH)2 などの塩基 がこの理論に含まれます。酸と塩基が反応すると、水と塩ができます。この理論は、この反応をうまく説明しています。
ただし、F- や NO2- などの一部の物質については説明されていません。 水酸化物イオンを含まない 、水と組み合わせると、水中で塩基性溶液を形成できます。ブレンステッド・ローリーの酸と塩基の定義は、このジレンマに対する解決策を提供します。
アレニウス理論のように、酸は陽子を放出する能力を持つ物質であり、塩基は陽子を受け入れることができる物質です（アレニウス理論と同様）。たとえば、Na+F- は塩基性塩であり、水自体からプロトンを除去する (HF を形成する) ことにより、水中で水素イオンを生成します。
F(aq) +H2 O(l) ⇌ HF(aq) + OH
対照的に、ブレンステッド酸が解離すると、溶液中の水素イオンの濃度 [H+] が増加します。対照的に、ブレンステッド塩基が解離すると、プロトンが溶媒 (水) から取り出され、[OH] が生成されます。酸解離 :HA(aq) ⇌A(aq) + H(aq)
K
塩基解離 :B(aq) + H2 O(l) ⇌ HB(aq) + OH (aq)
Kb =[HB+][ OH-]/[B+]
強酸と弱酸と塩基
完全に解離する酸と塩基は、強酸と強塩基と呼ばれます。HClO4 (aq) H(aq)+ClO4 (aq)
HBr(aq)⟶H(aq)+Br(aq)
CH3 O(aq)+H2 O(l)⟶CH3 OH(水)+OH(水)
NH(aq)+H2O(l)⟶NH3 (aq)+OH(aq)
右矢印 (⟶) は、反応が最後まで実行されることを示します。その結果、HClO4 を希釈すると 水中で 1.0 M にすると、実際には 1.0 M H(aq) と 1.0 M ClO4 が得られます aq)、解離していない HClO4 がほとんど残っていない .
対照的に、酢酸 (CH3 COOH) とアンモニア (NH3 ) 水中でわずかに解離する – 通常、濃度と K
酸と塩基の共役
共役酸と塩基は、プロトン (H+) が異なる酸と塩基です。これらの平衡の 1 つの重要な結果は、すべての酸 (HA) が共役塩基 (A-) を持ち、その逆も成り立つことです。これを酸塩基関係といいます。塩基解離平衡では、塩基 B の共役酸は記号 HB+ で表されます。
これらの平衡のそれぞれは、特定の酸または塩基の水解離平衡によって互いにリンクされています。
H2 O(l) ⇌ H(aq) + OH(aq)
K
平衡定数 Kw は 25°C で 1.00 x 10 であり、温度の関数です。酸と塩基の解離定数 K
強酸には弱い共役塩基があり、弱酸には強い共役塩基があるという考えはよくある誤解です。 K
HCl などの強酸は解離して、共役塩基として作用する Cl- などのスペクテーター イオンを生成しますが、酢酸などの弱酸は弱共役塩基を生成します。酢酸とその共役塩基の場合、酢酸アニオン。酢酸は弱酸 (Ka =1.8 x 10)、酢酸は弱塩基 (Kb=KwKa=5.6 x 10) です。酢酸は弱酸、酢酸は弱塩基です。
可逆反応で水と反応させることにより、酢酸の共役塩基とヒドロニウムを生成することができます。
共役酸/塩基の強さは、その親酸または塩基の強さまたは弱さに反比例します。技術的に言えば、酸または塩基は共役酸または共役塩基のいずれかに分類できます。これらの用語は、単に溶液中の異なる種を区別するために使用されます (つまり、酢酸は塩基である酢酸アニオンの共役酸であり、酢酸は酸である酢酸の共役塩基です)。
Linus Pauling によって発見された単純な規則に従って、中性酸素酸 (H2 SO4 、H3 PO4 、HNO3 、HClO2 、およびその他) は、強いグループと弱いグループの 2 つに分けることができます。酸では、酸素原子の数が水素原子の数の 2 倍以上の場合、その酸は強いと見なされます。それ以外の場合、酸は弱いと分類されます。たとえば、強酸 HClO4 および HClO3 、ここで、差はそれぞれ 3 と 2 であり、どちらも HClO4 の反応によって形成されます。 . HNO2 でもありません HClO2 でもありません それらの違いは両方の場合で1であるため、特に強力です。弱酸に関して言えば、相対強度は 2 つの違いによって決まります (たとえば、HClO2 HOCl よりも強い弱酸である) と中心原子の電気陰性度 (例:HClO2 は HOCl よりも強い弱酸です) (HOCl は HOI よりも強い)。
複数のプロトンを供与する能力を持つ酸は、多塩基酸と呼ばれます。硫酸の酸性度をとって、H2 SO4 、例として、実際にはそれ自体が弱酸である共役塩基を含む強酸です。これは、H2 のすべてのモルに対して SO4 水溶液中に存在すると、1モル以上のプロトンが供与されます。炭酸 (H2 CO3 ) とリン酸 (H3 PO4 ) は両方とも 3.5 の低い pH を持つ多塩基酸です。ポリプロトン酸の一連の pKa は、通常、約 5 pH 単位離れています。これは、溶液の pH が上昇するにつれてイオンがより負に帯電するにつれて、プロトンを除去することがますます困難になるためです。例として、2.15、7.20、および 12.35 の 3 つの異なる pH 値を持つリン酸が挙げられます。
両性特性を持つ化合物
一部の物質は、酸としても塩基としても機能する能力を持っています。水が良い例です。 H2 O分子は、水素イオンを供与または受容する能力を持っています。このため、水は両性溶媒の性質を持っています。酸が溶液中で解離するとき、水は塩基として働き、酸は溶液中で解離します。一方、塩基が解離すると、水は酸として働きます。 OH (aq) は水で作ることができる最も強力な酸であり、H (aq) は水 (aq) で作ることができる最も強力な塩基です。他のタイプの両性化合物の中には、周期表の金属元素と非金属元素の間の境界の両側にある元素の酸化物と水酸化物があります。 Al(OH)3 たとえば、イオンは中性 pH では不溶性ですが、酸中のプロトンを受け入れて [Al(H2] O)6 ] イオンまたは塩基中の OH- イオンを受け取り、酸にさらされると Al(OH)4- イオンを形成します。その結果、酸化アルミニウムは酸と塩基の両方の溶液に溶けますが、中性の水には溶けません。その他の両性酸化物には、BeO、ZnO、Ga
