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课程: 化学 > 单元 9

课程 1: 酸，碱和 pH

阿伦尼乌斯（Arrhenius）酸和碱

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阿伦尼乌斯酸和碱的定义, 以及阿伦尼乌斯酸碱反应

要点

一种 阿伦尼乌斯酸（Arrhenius acid）是在水溶液中增加 $H^{+}$ ‍浓度的任何试剂。
一种阿伦尼乌斯碱（Arrhenius base）是在水溶液中增加 ${OH}^{+}$ ‍浓度的任何试剂。
在水溶液中， $H^{+}$ ‍离子立即与水分子反应形成水合氢离子， $H_{3} O^{+}$ ‍。
在酸碱或中和反应中，阿伦尼乌斯酸和碱通常反应形成水和盐。

介绍

从厨房柜子里的醋到淋浴间的肥皂, 酸和碱随处可见!但是, 说某种东西是酸性的还是碱性的, 是什么意思呢？为了回答这个问题, 我们需要一些描述酸和碱的概念。在本文中, 我们将重点讨论阿伦尼乌斯理论。

阿伦尼乌斯酸（Arrhenius acid）

阿伦尼乌斯酸和碱的理论最初由瑞典化学家斯凡特·阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）于1884年提出。他建议根据化合物加入水中时形成的离子种类将某些化合物分类为酸或碱。

一种阿伦尼乌斯酸是在水溶液中增加

H^{+}

离子或质子浓度的任何试剂。例如，让我们考虑水中盐酸的解离反应，

HCl

：

$H Cl (a q) \to H^{+} (a q) + {Cl}^{-} (a q)$ ‍

当我们制作氯化氢水溶液时，

H Cl

分解成

H^{+}

离子和

{Cl}^{-}

。因此这导致溶液中

H^{+}

离子浓度增加，因此氯化氢是阿伦尼乌斯酸。

氢还是氢离子？

假设我们制备了2M氢溴酸水溶液，

HBr

，这是一种阿伦尼乌斯酸。这是否意味着我们的溶液中有2M

H^{+}

？

实际上，没有。实际上，带正电的质子与周围的水分子反应形成水合氢离子，

H_{3} O^{+}

。该反应可以写成如下：

$H^{+} (a q) + H_{2} O (l) \to H_{3} O^{+} (a q)$ ‍

即使我们经常写出酸解离反应为

H^{+} (a q)

的形成，但在水溶液中没有漂浮的

H^{+}

离子。相反，当酸在水中解离时，会立即形成大量的

H_{3} O^{+}

离子。下图使用分子模型说明了从水和氢离子形成的水合氢离子：

事实上，大多数化学家都会互相讨论

H^{+}

的浓度和

H_{3} O^{+}

的浓度。当我们想要更准确 - 更不偷懒！——我们可以写出氢溴酸的解离，以明确地显示氢离子而不是质子的形成：

$\begin{aligned} HBr (a q) + H_{2} O (l) & \to H_{3} O^{+} (a q) + {Br}^{-} (a q) 更精确 \\ vs. \\ HBr (a q) & \to H^{+} (a q) + {Br}^{-} (a q) 简短并且更方便书写! \end{aligned}$ ‍

通常，这两种描述都可用于显示阿伦尼乌斯酸的解离

阿伦尼乌斯碱（Arrhenius bases）

阿伦尼乌斯碱被定义为在水溶液中增加氢氧根

{OH}^{-}

离子浓度的任何试剂。阿伦尼乌斯碱的一个例子是可溶度高的氢氧化钠，

NaOH

。氢氧化钠在水中解离如下：

$Na OH (a q) \to {Na}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)$ ‍

在水中，氢氧化钠完全解离形成

{OH}^{-}

和

{Na}^{+}

离子，导致氢氧根离子浓度增加。因此，

NaOH

是阿伦尼乌斯碱。常见的阿伦尼乌斯碱包括第1组和第2组的氢氧化物，例如

LiOH

和

{Ba(OH)}_{2}

。

请注意根据你的班级或教科书或教师，不含氢氧化物的碱可能或可能不会被归类为阿伦尼乌斯碱。一些教科书更狭义地定义了阿伦尼乌斯碱：一种可以增加水溶液中

{OH}^{-}

的浓度，并且还含有至少一个

{OH}^{-}

单位的化学式的物质。虽然这不会改变第1组和第2组氢氧化物的分类，但它可能会与甲胺等化合物有点混淆，

{CH}_{3} {NH}_{2}

。

当甲醇添加到水中时，发生了下列反应：

${CH}_{3} {NH}_{2} (a q) + H_{2} O (l) ⇋ {CH}_{3} {NH}_{3}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)$ ‍

根据我们的第一个定义，甲胺是阿伦尼乌斯碱，因为溶液中

{OH}^{-}

离子浓度增加。然而，根据第二个定义，由于化学式不包括氢氧化物，因此它不会算作阿伦尼乌斯碱。

酸碱反应：阿伦尼乌斯酸 + 阿伦尼乌斯碱= 水 + 盐

当阿伦尼乌斯酸与阿伦尼乌斯碱反应时，产物通常是水加盐。这些反应有时也被称为中和反应。例如，当我们将氢氟酸的水溶液，

HF

，和氢氧化锂，

LiOH

，混合在一起会发生什么？

如果我们分别考虑酸溶液和碱溶液，我们知道：

阿伦尼乌斯酸增加了 $H^{+} (a q)$ ‍的浓度：

$H F (a q) ⇋ H^{+} (a q) + F^{-} (a q)$ ‍

阿伦尼乌斯碱增加了 ${OH}^{-} (a q)$ ‍的浓度：

$Li OH (a q) \to {Li}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)$ ‍

当酸和碱在溶液中反应时，

H_{2} O

由氢离子和氢氧根离子之间的反应而产生，而其他离子形成盐

LiF (a q)

：

$H^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q) \to H_{2} O (l) 水的形成$ ‍

${Li}^{+} (a q) + F^{-} (a q) \to LiF (a q) 盐的形成$ ‍

如果我们把形成水和形成盐的反应加和起来，我们就能够得出在氢氟酸和氢氧化物之间完整的中和反应：

$H F (a q) + Li OH (a q) \to H_{2} O (l) + LiF (a q)$ ‍

阿伦尼乌斯理论的限制

阿伦尼乌斯理论的局限性在于它只能描述水溶液中的酸碱化学。然而，类似的反应也可以在非水溶剂中以及气体状态中的分子之间发生。因此，现代化学家通常更喜欢布仑斯惕-劳里（Brønsted-Lowry）酸碱质子理论，该理论可用于更广泛的化学反应。布仑斯惕-劳里酸碱质子理论中酸和碱理论将在另一篇文章中讨论！

总结

阿伦尼乌斯酸**是在水溶液中增加 $H^{+}$ ‍浓度的任何试剂。
阿伦尼乌斯碱**是在水溶液中增加 ${OH}^{+}$ ‍浓度的任何试剂。
在水溶液中， $H^{+}$ ‍离子立即与水分子反应形成水合氢离子， $H_{3} O^{+}$ ‍。
在酸碱或中和反应中，阿伦尼乌斯酸和碱通常反应形成水和盐。

来源

本文改编自以下文章：

“Acid/Base Basics” from UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0

修改后的文章根据 CC-BY-NC-SA 4.0 许可证授权

其他参考文献

Zumdahl, S. S., and S. A. Zumdahl. "Atomic Structure and Periodicity." In Chemistry, 290-94. 6th ed. Boston, MA: Hougton Mifflin Company, 2003.

Kotz, J. C., P. M. Treichel, J. R. Townsend, and D. A. Treichel. "Acids and Bases: The Arrhenius Definition." In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition, 116. 9th ed. Stamford, CT: Cengage Learning, 2015.

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