酸と塩基の理論：ルイス、ブレンステッドローリー、アレニウス - 化学

酸と塩基の理論は、1776年にアントワーヌラヴォイジエによって与えられた概念に基づいています。Lavoisierは、ハロゲン化水素と他の強酸の実際の組成を知らなかったため、物質の酸性度は、それが含んでいる酸素の量に依存すると主張しました。

この理論は、ベルゼリウスやフォンリービッヒなどの科学者が修正を加えて他のビジョンを提案したときでも、数十年にわたって酸の真の定義として採用されていましたが、酸と塩基がどのように機能するかをより明確に理解できるようになったのはアレニウスまででした。

酸と塩基の理論家の一人であるトーマス・マーティン・ローリー

アレニウスに続いて、物理化学者のブレンステッドとローリーは独自に独自の理論を開発しました。ルイスが登場して、より正確で正確なバージョンを提案しました。

この一連の理論は今日まで使用されており、現代の化学熱力学の形成に貢献したと言われています。

アレニウス理論

アレニウスの理論は、酸と塩基の最初の現代的な定義であり、1884年に同じ名前の物理化学者によって提案されました。それは、物質が水に溶けて水素イオンを形成するとき、酸として識別されると述べています。

つまり、酸は水溶液中のH ⁺イオンの濃度を増加させます。これは、水中での塩酸（HCl）の解離の例で実証できます。

HCl（水溶液）→H ⁺（水溶液）+のCl ^-（AQ）

アレニウスによれば、塩基は、水中で解離したときに水酸化物イオンを放出する物質です。つまり、OHの濃度が増加する、である^-イオンを水溶液中で。アレニウス塩基の例は、水酸化ナトリウムの水への溶解です：

NaOH（水溶液）→のNa ⁺（水溶液）+ OH ^-（aq）で

理論では、H ⁺イオン自体はないが、この命名法はヒドロニウムイオン（H ₃ O ⁺）を表すために使用され、これは水素イオンと呼ばれていたとも述べています。

アルカリ度と酸度の概念は、それぞれ水酸化物と水素イオンの濃度としてのみ説明され、他の種類の酸と塩基（それらの弱いバージョン）は説明されていません。

ヨハネスニコラウスブレンステッド

この理論は、1923年に2つの物理化学物質によって独立して開発されました。彼らは両方とも同じビジョンを持っていました。アレニウスの理論は限られており（水溶液の存在に完全に依存していたため）、酸と塩基が何であるかを正しく定義していませんでした。

このため、化学者たちは水素イオンを回避して主張しました。酸はプロトンを放出または供与する物質であり、塩基はプロトンを受容する物質です。

彼らは、平衡反応を伴う理論を実証するために例を使用しました。次のように、各酸には共役塩基があり、各塩基にも共役酸があると主張した。

HA + B↔A ^- + HB ⁺

例えば、反応では：

CH ₃ COOH + H ₂ O↔CH ₃ COO ^- + H ₃ O ⁺

前反応において、酢酸（CH ₃、水にプロトンを供与するためCOOH）は、酸（H ₂ O）、従ってその共役塩基になって、酢酸イオン（CH ₃ COO ^-）。次に、水は酢酸からプロトンを受け取り、その共役酸であるヒドロニウムイオン（H ₃ O ⁺）になるので、水は塩基です。

この逆反応は、酸と塩基の反応でもあります。共役酸が酸性になり、共役塩基が塩基になるため、同じようにプロトンの供与と受容が行われます。

アレニウスに対するこの理論の利点は、酸と塩基を説明するために酸を解離する必要がないことです。

物理化学者ギルバートルイスは、1923年にブレンステッドとローリーがこれらの物質に関する独自の理論を発表したのと同じ年に、酸と塩基の新しい定義の研究を始めました。

1938年に公開されたこの提案には、水素（またはプロトン）の要件が定義から削除されたという利点がありました。

彼自身、彼の前任者の理論との関連で、「酸の定義を水素を含む物質に制限することは、酸化剤を酸素を含むものに制限するのと同じくらい制限的である」と言っていました。

大まかに言えば、この理論では、塩基を電子のペアを提供できる物質と定義し、酸をこのペアを受信できる物質と定義しています。

より正確には、ルイス塩基は核に束縛されておらず寄付できる電子のペアを持つものであり、ルイス酸は自由な電子のペアを受け入れることができるものであると述べています。ただし、ルイス酸の定義はゆるく、他の特性に依存します。

一例は、トリメチルボラン（Me ₃ B）（電子対を受け入れる能力があるためルイス酸として機能する）と、自由電子対を提供できるアンモニア（NH ₃）の間の反応です。

Me ₃ B +：NH ₃ →Me ₃ B：NH ₃

ルイス理論の大きな利点は、それがレドックス反応のモデルを補完する方法です。理論は、酸が塩基と反応して電子対を共有することを示しています。原子。

この理論の別の利点は、例えば三フッ化ホウ素（BFなどの分子の挙動を説明するために私達を可能にすることである₃）及び四フッ化ケイ素（SIF ₄ Hの存在はありません）、⁺又はOH ^-イオンによって要求されるように、以前の理論。