酸塩基反応

気体の塩酸とアンモニア（塩基）が反応して白色の塩化アンモニウムを形成するビデオ

化学において、酸塩基反応は酸と塩基の間で起こる化学反応です。滴定によってpH を決定するために使用できます。いくつかの理論的枠組みが、反応メカニズムの代替概念と、関連する問題の解決への応用を提供します。これらは酸塩基理論と呼ばれ、たとえばブレンステッド-ローリー酸塩基理論などです。

それらの重要性は、気体または液体の酸塩基反応を分析する場合、または酸または塩基の性質があまり明らかでない場合に明らかになります。これらの概念の最初のものは、1776年頃にフランスの化学者アントワーヌ・ラボアジエによって提唱されました。 ^[1]

酸塩基反応モデルは互いに補完し合う理論として考えることが重要です。^[2]たとえば、現在のルイスモデルは酸と塩基の定義が最も広く、ブレンステッド・ローリー理論は酸と塩基のサブセットであり、アレニウス理論は最も制限的です。

酸塩基の定義

歴史的発展

酸塩基反応の概念は、1754年にギヨーム・フランソワ・ルーエルによって初めて提唱されました。ルーエルは、酸と反応して固体（塩）になる物質を意味する「塩基」という言葉を化学に導入しました。塩基は、本質的に苦い性質を持つものがほとんどです。^[3]

ラヴォアジエの酸の酸素説

酸と塩基に関する最初の科学的概念は、1776年頃にラヴォアジエによって提供されました。ラヴォアジエの強酸に関する知識は、 HNO ₃ (硝酸) やH ₂ SO ₄ (硫酸)などの、中心原子が酸素に囲まれた高酸化状態にある傾向があるオキソ酸に主に限られており、また、ハロゲン化水素酸( HF、HCl、HBr、HI )の真の組成を知らなかったため、彼は酸を酸素の含有率で定義し、酸素をギリシャ語の「酸形成物」を意味する言葉 (ギリシャ語のὀξύς (oxys) 「酸、鋭い」とγεινομαι (geinomai) 「生み出す」に由来) から命名しました。ラヴォアジエの定義は、1810年の論文とそれに続くハンフリー・デービー卿の講義で硫化水素( H ₂ S )、テルル化水素( H ₂ Te )、ハロゲン化水素酸に酸素が存在しないことを証明するまで、30年以上にわたって有効でした。しかし、デービーは新しい理論を展開できず、「酸性度は特定の元素物質に依存するのではなく、さまざまな物質の特殊な配置に依存する」と結論付けました。^{[4]酸素理論の注目すべき修正の1つは、}イェンス・ヤコブ・ベルセリウスによって提供され、酸は非金属の酸化物であるのに対し、塩基は金属の酸化物であると述べました。

リービッヒの酸の水素理論

1838年、ユストゥス・フォン・リービッヒは、酸とは水素を金属で置き換えることができる水素含有化合物であると提唱した。^[5]^[6]^{[7]この再定義は、}有機酸の化学組成に関する彼の広範な研究に基づいており、デイビーによって始められた酸素ベースの酸から水素ベースの酸への学説の転換を完了させた。リービッヒの定義は完全に経験的であったが、アレニウスの定義が採用されるまでほぼ50年間使用され続けた。^[8]

アルレニウスの定義

分子レベルでの酸と塩基の最初の現代的な定義は、スヴァンテ・アレニウスによって考案されました。^[9]^[10]酸の水素理論は、1884年にフリードリヒ・ヴィルヘルム・オストワルドと共同で水溶液中のイオンの存在を確立した研究から生まれたもので、アレニウスが1903年にノーベル化学賞を受賞するきっかけとなりました。

アルレニウスは次のように定義しています。

アルレニウス酸は水中でイオン化して水素イオン（H ⁺）を形成する物質である^[11] 。つまり、酸は水溶液中のH ^{+イオンの濃度を増加させる。}

これにより、水のプロトン化、つまりヒドロニウム（H ₃ O ⁺ ）イオンの生成が起こります。^{[注 1]}したがって、現代では、裸のプロトンは水溶液中に自由種として存在しないことがわかっているため、記号H ⁺はH ₃ O ⁺の省略形として解釈されます。 ^[14]これは、溶液の酸性度または塩基性度を測定するために pH指示薬によって測定される種です。

アルレニウス塩基は、水中で解離して水酸化物 ( OH ⁻ ) イオンを形成する物質です。つまり、塩基は水溶液中のOH ^{−イオンの濃度を増加させます。}

アレニウスの酸性とアルカリ性の定義は水溶液に限定されており、ほとんどの非水溶液には当てはまらず、溶媒イオンの濃度に関係している。この定義によれば、トルエンに溶解した純粋なH ₂ SO ₄とHClは酸性ではなく、溶融NaOHと液体アンモニア中のカルシウムアミドの溶液はアルカリ性ではない。このことから、これらの非水溶液の例外を説明するために、ブレンステッド・ローリー理論とそれに続くルイス理論が開発された。^[15]

酸と塩基の反応は中和反応と呼ばれます。この反応の生成物は塩と水です。 ${\text{酸}}\ +\ {\text{塩基}}\ \longrightarrow \ {\text{塩}}\ +\ {\text{水}}$

この伝統的な表現では、酸塩基中和反応は二重置換反応として定式化されます。たとえば、塩酸(HCl) と水酸化ナトリウム(NaOH) 溶液の反応では、塩化ナトリウム(NaCl) といくつかの追加の水分子の溶液が生成されます。 ${\ce {HCl_{(aq)}{}+ NaOH_{(aq)}-> NaCl_{(aq)}{}+ H2O}}$

この式の修飾語 ( aq ) は、明示的に含まれているのではなく、アルレニウスによって暗に示されました。これは、物質が水に溶解していることを示します。HCl、NaOH、NaCl の 3 つの物質はすべて純粋な化合物として存在できますが、水溶液中では、H ⁺ 、 Cl ⁻、Na ⁺、OH ⁻という水和イオンに完全に解離します。

例: ベーキングパウダー

ベーキングパウダーは、パンやケーキの生地を膨らませるために、無数の小さな二酸化炭素の泡を発生させるために使用されます。ベーキングパウダーは、重曹(炭酸水素ナトリウム( NaHCO ₃ ))と混同しないでください。ベーキングパウダーは、重曹 (炭酸水素ナトリウム) と酸性塩の混合物です。泡が発生するのは、ベーキングパウダーを水と混ぜると、炭酸水素ナトリウムと酸性塩が反応してガス状の二酸化炭素が発生するためです。

市販のものでも自家製のものでも、ベーキングパウダーの配合の原理は同じです。酸塩基反応は一般的に次のように表すことができます。^[16]

${\ce {NaHCO3 + H+ -> Na+ + CO2 + H2O}}$

実際の反応は酸が複雑なため、より複雑です。例えば、炭酸水素ナトリウムとリン酸一カルシウム（Ca（H ₂ PO ₄）₂）から始まる反応では、次の化学量論に従って二酸化炭素が生成されます：^[17]

${\ce {14 NaHCO3 + 5 Ca(H2PO4)2 -> 14 CO2 + Ca5(PO4)3OH + 7 Na2HPO4 + 13 H2O}}$

典型的な配合（重量比）では、30％の重炭酸ナトリウム、5～12％のリン酸一カルシウム、21～26％の硫酸アルミニウムナトリウムが必要となる。あるいは、市販のベーキングパウダーでは、硫酸アルミニウムナトリウムの代わりに、2つの酸性成分の1つとしてピロリン酸ナトリウムを使用することもある。このような配合でよく使われるもう1つの酸は、酒石酸の誘導体である酒石酸クリーム（KC ₄ H ₅ O ₆ ）である。^[17]

ブレンステッド・ローリーの定義

1923年にデンマークのヨハネス・ニコラウス・ブロンステッドとイギリスのマーティン・ローリーによって独立に定式化されたブロンステッド・ローリーの定義^[18]^[19]は、酸の脱プロトン化による塩基のプロトン化、つまり酸が水素イオン（H ⁺）（別名プロトン）を塩基に「供与」し、塩基がそれを「受け入れる」能力に基づいています。^[20]^{[注 2]}

酸塩基反応は、酸から水素イオンを取り除き、塩基に付加する反応である。^[21]酸から水素イオンを取り除くと、水素イオンが取り除かれた酸である共役塩基が生成される。塩基がプロトンを受け取ると、水素イオンが追加された塩基である共役酸が生成される。

以前の定義とは異なり、ブレンステッド–ローリーの定義は、塩と溶媒の形成ではなく、酸から塩基へのプロトンの移動によって生成される共役酸と共役塩基の形成を指します。 ^[11]^{[20]このアプローチでは、酸と塩基は、}デバイ、オンサガー、その他の理論に従う電解質と見なされる塩とは挙動が根本的に異なります。酸と塩基は反応して塩と溶媒を生成するのではなく、新しい酸と新しい塩基を形成します。したがって、中和の概念は存在しません。^[4]ブレンステッド–ローリーの酸–塩基挙動は形式的には溶媒から独立しているため、アルレニウスモデルよりも包括的です。アルレニウスモデルによるpHの計算は、水 (水溶液)に溶解するアルカリ (塩基) に依存していました。ブレンステッド・ローリーモデルは、不溶性溶液と可溶性溶液（気体、液体、固体）を使用して pHテストできる範囲を拡張しました。

ブレンステッド・ローリーの定義による酸塩基反応の一般式は次のとおりです。ここで、HA は酸、B は塩基、BH ^{+ は}B の共役酸、A ^{− は}HA の共役塩基を表します。 ${\ce {HA + B -> BH+ + A-}}$

たとえば、水溶液中の塩酸(HCl)の解離に関するブレンステッド・ローリーモデルは次のようになります。 ${\underset {\text{acid}}{{\ce {HCl_{\,}}}}}\ +\ {\underset {\text{base}}{{\ce {H2O}}}}\quad {\ce {<=>}}\quad {\underset {{\text{conjugate }} \atop {\text{acid }}}{{\ce {H3O+}}}}\ +{\underset {{\text{conjugate}} \atop {\text{base}}}{{\ce {Cl_{\,}-}}}}$

HClからH ⁺を除去すると、酸の共役塩基である塩化物イオンCl ⁻が生成されます。H ⁺をH ₂ O (塩基として作用)に加えると、塩基の共役酸であるヒドロニウムイオンH ₃ O ^{+が形成されます。}

水は両性です。つまり、酸としても塩基としても作用します。ブレンステッド・ローリーモデルは、水が低濃度の水素イオンと水酸化物イオンに解離する様子を示し、これを説明します。 ${\ce {H2O + H2O <=> H3O+ + OH-}}$

この方程式は以下の画像に示されています。

ここで、1 つの水分子は酸として作用し、H ^{+ を}供与して共役塩基OH ^{− を}形成し、2 つ目の水分子は塩基として作用し、H ⁺イオンを受け取り、共役酸H ₃ O ^{+ を}形成します。

水が酸として作用する例として、ピリジンの水溶液、C ₅ H ₅ Nを考えてみましょう。 ${\ce {C5H5N + H2O <=> [C5H5NH]+ + OH-}}$

この例では、水分子は水素イオン（ピリジン分子に供与される）と水酸化物イオンに分割されます。

ブレンステッド・ローリーモデルでは、溶媒は必ずしも水である必要はありませんが、これはアレニウス酸塩基モデルで要求されます。たとえば、酢酸( CH ₃ COOH ) が液体アンモニアに溶解すると何が起こるかを考えてみましょう。 ${\ce {CH3COOH + NH3 <=> NH4+ + CH3COO-}}$

酢酸からH ⁺イオンが除去され、共役塩基である酢酸イオンCH ₃ COO ⁻が形成される。溶媒のアンモニア分子にH ⁺イオンを加えると、共役酸であるアンモニウムイオンNHが生成される。+4。

ブレンステッド・ローリーモデルでは、水素を含む物質（HClなど）を酸と呼ぶ。そのため、 SO ₃やBCl ₃など、多くの化学者が酸とみなしていた物質は、水素がないためこの分類から除外される。ギルバート・N・ルイスは1938年に「酸のグループを水素を含む物質に限定することは、酸化剤という用語を酸素を含む物質に限定するのと同じくらい化学の体系的な理解を妨げる」と書いている。^[4]さらに、KOHとKNH _2はブレンステッド塩基ではなく、塩基OH ₂とNHを含む塩と見なされている。⁻
₂。

ルイスの定義

アルレニウスとブレンステッド・ローリーの水素の必要性は、1923年にギルバート・N・ルイスによって考案された酸塩基反応のルイス定義によって削除されました。 ^[22]これはブレンステッド・ローリーと同じ年ですが、ルイスによって詳細化されたのは1938年でした。^[4]ルイス定義では、酸塩基反応をプロトンやその他の結合物質で定義するのではなく、塩基（ルイス塩基と呼ばれる）を電子対を供与できる化合物、酸（ルイス酸）をこの電子対を受け取ることができる化合物と定義しています。^[23]

たとえば、三フッ化ホウ素BF ₃は典型的なルイス酸です。これはオクテットに空孔を持っているため、電子対を受け取ることができます。フッ化物イオンは完全なオクテットを持っているため、電子対を供与できます。これが典型的なルイス酸、ルイス塩基反応です。式AX ₃の第 13 族元素のすべての化合物は、ルイス酸として機能します。同様に、式DY ₃の第 15 族元素の化合物、たとえばアミンNR ₃やホスフィンPR ₃は、ルイス塩基として機能します。それらの間の付加物は、式X ₃ A←DY _{3 を}持ち、原子 A (アクセプター) と D (ドナー) の間に、記号で ← と示される配位共有結合があります。式DX ₂の第 16 族化合物もルイス塩基として機能する場合があります。このように、エーテルR ₂ OやチオエーテルR ₂ Sなどの化合物はルイス塩基として作用します。ルイスの定義はこれらの例に限定されません。たとえば、一酸化炭素は、式F ₃ B←COの三フッ化ホウ素と付加物を形成するとルイス塩基として作用します。 ${\ce {BF3 + F- -> BF4-}}$

金属イオンを含む付加物は配位化合物と呼ばれ、各配位子は金属イオンに電子対を供与します。^[23]この反応は、より強い塩基（アンモニア）がより弱い塩基（水）を置き換える酸塩基反応として見ることができます。 ${\ce {[Ag(H2O)4]+ + 2 NH3 -> [Ag(NH3)2]+ + 4 H2O}}$

ルイスとブレンステッド・ローリーの定義は、両方の理論において反応が酸塩基反応であるため、互いに一致しています。 ${\ce {H+ + OH- <=> H2O}}$

溶媒システムの定義

アレニウスの定義の限界の1つは、水溶液に依存していることである。エドワード・カーティス・フランクリンは1905年に液体アンモニア中の酸塩基反応を研究し、水に基づくアレニウス理論との類似点を指摘した。アルバート・FO・ゲルマンは、液体ホスゲン、COCl
₂1925年に溶媒ベースの理論を定式化し、それによってアレニウスの定義を非プロトン性溶媒にまで一般化した。^[24]

ゲルマンは、多くの溶液には中性溶媒分子と平衡状態にあるイオンが存在することを指摘しました。

ソルボニウムイオン：陽イオンの総称。ソルボ酸とも呼ばれる。^[25]プロトン化された溶媒の場合は、リオニウムイオンとなる。
溶媒和イオン：陰イオンの総称。溶媒和塩基とも呼ばれる。^{[25]溶媒和イオンは脱プロトン化された場合、}溶解酸イオンとなる。

たとえば、水とアンモニアは、それぞれヒドロニウムと水酸化物、アンモニウムとアミドに解離します。 ${\begin{aligned}{\ce {2 H2O}}&{\ce {\, <=> H3O+ + OH-}}\\[4pt]{\ce {2 NH3}}&{\ce {\, <=> NH4+ + NH2-}}\end{aligned}}$

いくつかの非プロトン性系でもこのような解離が起こり、例えば四酸化二窒素はニトロソニウムと硝酸塩に、^{[注 3]} 三塩化アンチモンはジクロロアンチモニウムとテトラクロロアンチモネートに、ホスゲンはクロロカルボキソニウムと塩化物に分解される。 ${\begin{aligned}{\ce {N2O4}}&{\ce {\, <=> NO+ + NO3-}}\\[4pt]{\ce {2 SbCl3}}&{\ce {\, <=> SbCl2+ + SbCl4-}}\\[4pt]{\ce {COCl2}}&{\ce {\, <=> COCl+ + Cl-}}\end{aligned}}$

溶媒和イオンの濃度を上昇させ、溶媒和イオンの濃度を低下させる溶質は酸と定義され、溶媒和イオンの濃度を上昇させ、溶媒和イオンの濃度を低下させる溶質は塩基と定義されます。

したがって、液体アンモニアでは、KNH ₂（NH−2）は強塩基であり、NH ₄ NO ₃（NH+4）は強酸である。液体二酸化硫黄（SO ₂）では、チオニル化合物（SO ²⁺を供給）は酸として作用し、亜硫酸塩（SO2−3）は塩基として動作します。

液体アンモニア中の非水性酸塩基反応は水中での反応と似ています。 ${\begin{aligned}{\underset {\text{base}}{{\ce {2 NaNH2}}}}+{\underset {{\text{amphiphilic}} \atop {\text{amide}}}{{\ce {Zn(NH2)2}}}}&\longrightarrow {\ce {Na2[Zn(NH2)4]}}\\[4pt]{\underset {\text{acid}}{{\ce {2 NH4I}}}}\ +\ {\ce {Zn(NH2)2}}&\longrightarrow {\ce {[Zn(NH3)4]I2}}\end{aligned}}$

硝酸は液体硫酸中で塩基になることができます。この定義のユニークな強みは、非プロトン性溶媒中の反応、例えば液体N ₂ O ₄中の反応を記述する際に発揮されます。 ${\underset {\text{base}}{{\ce {HNO3}}}}+{\ce {2 H2SO4 -> NO2+ + H3O+ + 2 HSO4-}}$

${\underset {\text{base}}{{\ce {AgNO3}}}}+{\underset {\text{acid}}{{\ce {NOCl_{\ }}}}}\longrightarrow {\underset {\text{solvent}}{{\ce {N2O4}}}}+{\underset {\text{salt}}{{\ce {AgCl_{\ }}}}}$

溶媒系の定義は溶媒自体だけでなく溶質にも依存するため、特定の溶質は溶媒の選択に応じて酸にも塩基にもなり得る。HClO ₄は水中では強酸、酢酸では弱酸、フルオロスルホン酸では弱塩基である。この理論の特徴は長所にも短所にも見られてきた。なぜなら、SO ₃やNH ₃などの一部の物質は、それ自体が酸性または塩基性であると考えられてきたからである。その一方で、溶媒系理論は一般論に過ぎて役に立たないという批判もある。また、水素化合物には本質的に酸性の何かがあると考えられてきたが、これは非水素系ソルボニウム塩には見られない性質である。^[4]

ルクス-洪水の定義

この酸塩基理論は、1939年にドイツの化学者ヘルマン・ルクス^[27]^{[28]が提唱した酸と塩基の酸素理論を復活させたもので、} 1947年頃にホーコン・フラッド ^{[29]によってさらに改良され、現代の}地球化学や溶融塩の電気化学で今でも使われている。この定義では、酸は酸化物イオン（O ²⁻）の受容体であり、塩基は酸化物イオンの供与体であると説明されている。例えば：^[30] ${\begin{array}{ccccl}_{\text{(base)}}&&_{\text{(acid)}}\\[4pt]{\ce {MgO}}&+&{\ce {CO2}}&\longrightarrow &{\ce {MgCO3}}\\[4pt]{\ce {CaO}}&+&{\ce {SiO2}}&\longrightarrow &{\ce {CaSiO3}}\\[4pt]{\ce {NO3-}}&+&{\ce {S2O7^2-}}\!\!&\longrightarrow &{\ce {NO2+ + 2 SO4^2-}}\end{array}}$

この理論は、希ガス化合物、特にキセノン酸化物、フッ化物、オキソフッ化物の反応の体系化にも役立ちます。 ^[31]

ウサノビッチの定義

ミハイル・ウサノビッチは、酸性を水素含有化合物に限定しない一般理論を開発したが、1938年に発表された彼のアプローチはルイス理論よりもさらに一般的なものだった。^{[4]ウサノビッチの理論は、酸を負の種を受け入れるか正の種を与えるものと定義し、塩基をその逆と定義するものとして要約できる。これにより、}酸化還元（酸化還元）の概念が酸塩基反応の特殊なケースとして定義された。

ウサノビッチ酸塩基反応の例としては、以下のものがあります。 ${\begin{array}{ccccll}_{\text{(base)}}&&_{\text{(acid)}}\\[4pt]{\ce {Na2O}}&+&{\ce {SO3}}&\longrightarrow &{\ce {2Na+{}+\ SO4^{2}-}}&{\text{(species exchanged: }}{\ce {O^{2}-}}{\text{anion)}}\\[4pt]{\ce {3(NH4)2S}}&+&{\ce {Sb2S5}}&\longrightarrow &{\ce {6NH4+{}+\ 2SbS4^{3}-}}&{\text{(species exchanged: }}{\ce {3S^{2}-}}{\text{ anions)}}\\[4pt]{\ce {2Na}}&+&{\ce {Cl2}}&\longrightarrow &{\ce {2Na+{}+\ 2Cl-}}&{\text{(species exchanged: 2 electrons)}}\end{array}}$

ルイス酸塩基相互作用の強さの合理化

HSAB理論

1963年、ラルフ・ピアソンは、硬い酸塩基と柔らかい酸塩基の原理として知られる定性的な概念を提唱した。^[32]その後、 1984年にロバート・パーの協力を得て定量化された。^[33]^[34]「硬い」とは、小さく、電荷状態が高く、分極が弱い種を指す。「柔らかい」とは、大きく、電荷状態が低く、分極が強い種を指す。酸と塩基は相互作用し、最も安定した相互作用は硬い-硬い、柔らかい-柔らかいである。この理論は、有機化学と無機化学で使用されている。

ECWモデル

ラッセル・S・ドラゴが作成したECW モデルは、ルイス酸塩基相互作用の強さ、 $-Δ$ $H を$ $記述および予測する定量モデル$ です。このモデルは、多くのルイス酸と塩基に $E$ および $Cパラメータを割り当てました。各酸は$ $E$ $A$ と $C$ $A$ によって特徴付けられます。各塩基も同様に独自の $E$ $B$ と $C$ $B$ によって特徴付けられます。Eおよび $C$ パラメータは、酸と塩基が形成する結合の強さに対する静電的寄与と共有結合的寄与をそれぞれ示します。式は次のとおりです。 $-\Delta H=E_{\rm {A}}E_{\rm {B}}+C_{\rm {A}}C_{\rm {B}}+W$

$W$ 項は、二量体酸または塩基の分解などの酸塩基反応に対する一定のエネルギー寄与を表す。この式は酸と塩基の強度の逆転を予測する。この式のグラフ表示は、ルイス塩基強度またはルイス酸強度に単一の順序がないことを示す。^[35]

酸塩基平衡

強酸と強塩基の反応は本質的に定量的な反応である。例えば、 ${\ce {HCl_{(aq)}{}+ Na(OH)_{(aq)}-> H2O + NaCl_{(aq)}}}$

この反応では、ナトリウムイオンと塩化物イオンは中和反応には関与しないため、傍観者となる。弱塩基の場合、酸の添加は定量的ではない。弱塩基の溶液は緩衝溶液だからである。弱酸の溶液も緩衝溶液である。弱酸が弱塩基と反応すると、平衡混合物が生成される。例えば、 AHと表記されるアデニンは、リン酸水素イオンHPOと反応することができる。 ${\ce {H + OH- -> H2O}}$ 2−4。 ${\ce {AH + HPO4^2- <=> A- + H2PO4-}}$

この反応の平衡定数は、アデニンとリン酸二水素イオンの酸解離定数から導き出すことができます。 ${\begin{aligned}\left[{\ce {A-}}\right]\!\left[{\ce {H+}}\right]&=K_{a1}{\bigl [}{\ce {AH}}{\bigr ]}\\[4pt]\left[{\ce {HPO4^2-}}\right]\!\left[{\ce {H+}}\right]&=K_{a2}\left[{\ce {H2PO4-}}\right]\end{aligned}}$

[X]という表記は「Xの濃度」を意味します。これらの2つの式を水素イオン濃度を除いて組み合わせると、平衡定数 $K$ の式が得られます。 $\left[{\ce {A-}}\right]\!\left[{\ce {H2PO4-}}\right]=K{\bigl [}{\ce {AH}}{\bigr ]}\!\left[{\ce {HPO4^2-}}\right];\quad K={\frac {K_{a1}}{K_{a2}}}$

酸アルカリ反応

酸アルカリ反応は酸塩基反応の特殊なケースで、使用される塩基もアルカリです。酸がアルカリ塩（金属水酸化物）と反応すると、金属塩と水が生成されます。酸アルカリ反応は中和反応でもあります。

一般的に、酸とアルカリの反応は次のように簡略化できる。

{\ce {OH_{(aq)}- + H+_{(aq)}-> H2O}}

観客イオンを省略することによって。

酸は一般に、水素陽イオン( H ⁺ ) を含むか、溶液中で水素陽イオンを生成する純粋な物質です。塩酸 ( HCl ) と硫酸 ( H ₂ SO ₄ ) が一般的な例です。水中では、これらはイオンに分解されます。

{\begin{aligned}{\ce {HCl}}&\longrightarrow {\ce {H_{(aq)}+ {}+ Cl_{(aq)}-}}\\[4pt]{\ce {H2SO4}}&\longrightarrow {\ce {H_{(aq)}+ {}+ HSO4_{\,(aq)}-}}\end{aligned}}

アルカリは水中で分解され、溶解した水酸化物イオンを生成します。

{\ce {NaOH -> Na^+_{(aq)}{}+ OH_{(aq)}-}}

。

参照

注記

^ 最近のIUPACの勧告では、ブレンステッド・ローリーや溶媒系の定義で定義されたような反応機構をより明確に説明するために、より新しい用語「ヒドロニウム」^[12]を、より古くから受け入れられている用語「オキソニウム」^[13]の代わりに使用することを提案しており、アレニウスの定義は酸塩基特性の簡単な概要として機能している。^[11]
^ 「原子核からの陽子の除去と追加は起こりません。酸の解離に必要なエネルギーよりもはるかに多くのエネルギーが必要になります。」
^ 純粋なN ₂ O _4はそのような溶解を起こさない。しかし、極性化合物と混合すると導電性になり、それがそのような平衡の確立に対応すると考えられている。^[26]

参考文献

^ Miessler & Tarr 1991、p. 166 – Table of discoveriesでは、アントワーヌ・ラボアジエが オキシ酸に関する科学理論を最初に提唱した人物であるとされている。
^ Paik, Seoung-Hey (2015). 「アルレニウス、ブロンステッド・ローリー、ルイス理論の関係を理解する」.化学教育ジャーナル. 92 (9): 1484–1489. Bibcode :2015JChEd..92.1484P. doi :10.1021/ed500891w.
^ ジェンセン、ウィリアム B. (2006)。「「ベース」という用語の起源".化学教育ジャーナル. 83 (8): 1130. Bibcode :2006JChEd..83.1130J. doi :10.1021/ed083p1130.
^ abcdef Hall, Norris F. (1940年3月). 「酸と塩基のシステム」. Journal of Chemical Education . 17 (3): 124–128. Bibcode :1940JChEd..17..124H. doi :10.1021/ed017p124.
^ ミスラー＆タール 1991
^ マイヤーズ 2003、156 ページ
^ Miessler & Tarr 1991、p. 166 – 発見の表では、ユストゥス・フォン・リービッヒの出版物は1838年とされている。
^ フィンストンとリヒトマン、1983 年、140–146 ページ
^ Miessler GL および Tarr DA無機化学(第 2 版、Prentice-Hall 1999) p. 154 ISBN 0-13-841891-8
^ Whitten KW、Galley KD、Davis RE一般化学（第4版、Saunders 1992）p. 356 ISBN 0-03-072373-6
^ abc ミエスラー＆タール 1991、p. 165
^ Murray, Kermit K.; Boyd, Robert K.; Eberlin, Marcos N.; Langley, G. John; Li, Liang; Naito, Yasuhide (2013年6月) [2006]. 「質量分析の推奨事項に関する用語の標準定義」(PDF) . Pure and Applied Chemistry . 85 (7): 1515–1609. doi :10.1351/PAC-REC-06-04-06. S2CID 98095406. 2022年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。(この文書では、「オキソニウム」という用語が廃止されることについては言及されていません。この用語は IUPAC ゴールドブックに残っているため、現在も受け入れられていますが、むしろ「ヒドロニウム」という用語が好まれていることが示されています。)
^ 「オキソニウムイリド」。IUPAC化学用語集（インタラクティブ版）（2.3.3版）。国際純正応用化学連合。2014年。doi :10.1351/goldbook.O04379 。 2007年5月9日閲覧。
^ ルメイ、ユージン (2002).化学. アッパーサドルリバー、ニュージャージー: プレンティスホール. p. 602. ISBN 978-0-13-054383-7。
^ 「酸と塩基の理論」www.chemguide.co.uk . 2018年4月18日閲覧。
^ AJ Bent編 (1997)。ケーキ作りの技術 (第6版)。Springer。p. 102。ISBN 9780751403497. 2009年8月12日閲覧。
^ ab John Brodie、John Godber「パン製造工程、化学発酵剤」、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 2001、John Wiley & Sons。doi :10.1002/ 0471238961.0308051303082114.a01.pub2
^ ニュージャージー州ブレンステッド (1923)。「Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen」[酸と塩基の概念に関するいくつかの観察]。Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas。42 (8): 718–728。土井：10.1002/recl.19230420815。
^ Lowry, TM (1923). 「水素の独自性」.化学工業協会誌. 42 (3): 43–47. doi :10.1002/jctb.5000420302.
^ ab Miessler & Tarr 1991、pp. 167–169 – このページによると、元々の定義は「酸はプロトンを失う傾向がある」というものだった。
^ クレイデン他 2015年、182-184頁
^ Miessler & Tarr 1991、p. 166 – 発見の表では、ルイス理論の出版/発表の日付は 1924 年とされています。
^ ミスラー＆タール 1991、170-172ページより
^ Germann, Albert FO (1925年10月6日). 「溶媒系の一般理論」.アメリカ化学会誌. 47 (10): 2461–2468. doi :10.1021/ja01687a006.
^ ab グリーンウッド、ノーマン N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモンプレス。p. 487。ISBN 978-0-08-022057-4。
^ グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモン・プレス。p. 525。ISBN 978-0-08-022057-4。
^ Franz, H. (1966). 「アルカリホウ酸塩溶融物中の水蒸気の溶解度」アメリカセラミックス協会誌. 49 (9): 473–477. doi :10.1111/j.1151-2916.1966.tb13302.x.
^ ルクス、ヘルマン（1939年）。「Säuren」と「Basen」は Schmelzfluss です: die Bestimmung。 der Sauerstoffionen-Konzentration」。Z . Elektrochem (ドイツ語)。45 ( 4): 303–309。
^ Flood, H. ; Forland, T. (1947). 「酸化物の酸性および塩基性特性」. Acta Chemica Scandinavica . 1 (6): 592–604. doi : 10.3891/acta.chem.scand.01-0592 . PMID 18907702.
^ Drago, Russel S.; Whitten, Kenneth W. (1966). 「溶融塩媒体を利用したオキシハライドの合成」.無機化学. 5 (4): 677–682. doi :10.1021/ic50038a038.
^ グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモン・プレス。p. 1056。ISBN 978-0-08-022057-4。
^ ピアソン、ラルフ G. (1963). 「ハード酸とソフト酸および塩基」アメリカ化学会誌. 85 (22): 3533–3539. doi :10.1021/ja00905a001.
^ Parr, Robert G.; Pearson, Ralph G. (1983). 「絶対硬度：絶対電気陰性度の関連パラメータ」. Journal of the American Chemical Society . 105 (26): 7512–7516. doi :10.1021/ja00364a005.
^ Pearson, Ralph G. (2005). 「化学的硬度と密度汎関数理論」(PDF) . Journal of Chemical Sciences . 117 (5): 369–377. CiteSeerX 10.1.1.693.7436 . doi :10.1007/BF02708340. S2CID 96042488. 2022年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) .
^ Vogel GC; Drago, RS (1996). 「ECW モデル」. Journal of Chemical Education . 73 (8): 701–707. Bibcode :1996JChEd..73..701V. doi :10.1021/ed073p701.

出典

クレイデン、ジョナサン; グリーブス、ニック; ウォーレン、スチュアート; ウォザーズ、ピーター (2015)。有機化学(初版)。オックスフォード大学出版局。
Finston, HL; Rychtman, AC (1983)。現在の酸塩基理論に対する新たな視点。ニューヨーク: John Wiley & Sons。
マイヤーズ、R. (2003)。化学の基礎。グリーンウッドプレス。
Miessler, GL; Tarr, DA (1991).無機化学.

外部リンク

酸塩基生理学 – オンラインテキスト
John W. Kimball のオンライン生物学書の酸と塩基のセクション。

[14] 最近のIUPACの勧告では、ブレンステッド・ローリーや溶媒系の定義で定義されたような反応機構をより明確に説明するために、より新しい用語「ヒドロニウム」^[12]を、より古くから受け入れられている用語「オキソニウム」^[13]の代わりに使用することを提案しており、アレニウスの定義は酸塩基特性の簡単な概要として機能している。^[11]

[22] 「原子核からの陽子の除去と追加は起こりません。酸の解離に必要なエネルギーよりもはるかに多くのエネルギーが必要になります。」

[29] 純粋なN ₂ O _4はそのような溶解を起こさない。しかし、極性化合物と混合すると導電性になり、それがそのような平衡の確立に対応すると考えられている。^[26]

[lavoisier_1-1] ^ Miessler & Tarr 1991、p. 166 – Table of discoveriesでは、アントワーヌ・ラボアジエが オキシ酸に関する科学理論を最初に提唱した人物であるとされている。

[2] Paik, Seoung-Hey (2015). 「アルレニウス、ブロンステッド・ローリー、ルイス理論の関係を理解する」.化学教育ジャーナル. 92 (9): 1484–1489. Bibcode :2015JChEd..92.1484P. doi :10.1021/ed500891w.

[3] ジェンセン、ウィリアム B. (2006)。「「ベース」という用語の起源".化学教育ジャーナル. 83 (8): 1130. Bibcode :2006JChEd..83.1130J. doi :10.1021/ed083p1130.

[review1940-4] Hall, Norris F. (1940年3月). 「酸と塩基のシステム」. Journal of Chemical Education . 17 (3): 124–128. Bibcode :1940JChEd..17..124H. doi :10.1021/ed017p124.

[liebig_1-5] ミスラー＆タール 1991

[meyers_156-6] マイヤーズ 2003、156 ページ

[7] Miessler & Tarr 1991、p. 166 – 発見の表では、ユストゥス・フォン・リービッヒの出版物は1838年とされている。

[liebig_2-8] フィンストンとリヒトマン、1983 年、140–146 ページ

[miessler_154-9] Miessler GL および Tarr DA無機化学(第 2 版、Prentice-Hall 1999) p. 154 ISBN 0-13-841891-8

[10] Whitten KW、Galley KD、Davis RE一般化学（第4版、Saunders 1992）p. 356 ISBN 0-03-072373-6

[miessler_165-11] ミエスラー＆タール 1991、p. 165

[12] Murray, Kermit K.; Boyd, Robert K.; Eberlin, Marcos N.; Langley, G. John; Li, Liang; Naito, Yasuhide (2013年6月) [2006]. 「質量分析の推奨事項に関する用語の標準定義」(PDF) . Pure and Applied Chemistry . 85 (7): 1515–1609. doi :10.1351/PAC-REC-06-04-06. S2CID 98095406. 2022年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。(この文書では、「オキソニウム」という用語が廃止されることについては言及されていません。この用語は IUPAC ゴールドブックに残っているため、現在も受け入れられていますが、むしろ「ヒドロニウム」という用語が好まれていることが示されています。)

[iupac_gold-13] 「オキソニウムイリド」。IUPAC化学用語集（インタラクティブ版）（2.3.3版）。国際純正応用化学連合。2014年。doi :10.1351/goldbook.O04379 。 2007年5月9日閲覧。

[Acids,_Bases,_&_Salts-15] ルメイ、ユージン (2002).化学. アッパーサドルリバー、ニュージャージー: プレンティスホール. p. 602. ISBN 978-0-13-054383-7。

[16] 「酸と塩基の理論」www.chemguide.co.uk . 2018年4月18日閲覧。

[17] AJ Bent編 (1997)。ケーキ作りの技術 (第6版)。Springer。p. 102。ISBN 9780751403497. 2009年8月12日閲覧。

[KO-18] John Brodie、John Godber「パン製造工程、化学発酵剤」、Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 2001、John Wiley & Sons。doi :10.1002/ 0471238961.0308051303082114.a01.pub2

[19] ニュージャージー州ブレンステッド (1923)。「Einige Bemerkungen über den Begriff der Säuren und Basen」[酸と塩基の概念に関するいくつかの観察]。Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas。42 (8): 718–728。土井：10.1002/recl.19230420815。

[20] Lowry, TM (1923). 「水素の独自性」.化学工業協会誌. 42 (3): 43–47. doi :10.1002/jctb.5000420302.

[miessler_167-21] Miessler & Tarr 1991、pp. 167–169 – このページによると、元々の定義は「酸はプロトンを失う傾向がある」というものだった。

[Clayden_1-23] クレイデン他 2015年、182-184頁

[lewis_1-24] Miessler & Tarr 1991、p. 166 – 発見の表では、ルイス理論の出版/発表の日付は 1924 年とされています。

[lewis_2-25] ミスラー＆タール 1991、170-172ページより

[26] Germann, Albert FO (1925年10月6日). 「溶媒系の一般理論」.アメリカ化学会誌. 47 (10): 2461–2468. doi :10.1021/ja01687a006.

[SASB-27] グリーンウッド、ノーマン N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモンプレス。p. 487。ISBN 978-0-08-022057-4。

[28] グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモン・プレス。p. 525。ISBN 978-0-08-022057-4。

[30] Franz, H. (1966). 「アルカリホウ酸塩溶融物中の水蒸気の溶解度」アメリカセラミックス協会誌. 49 (9): 473–477. doi :10.1111/j.1151-2916.1966.tb13302.x.

[lux-31] ルクス、ヘルマン（1939年）。「Säuren」と「Basen」は Schmelzfluss です: die Bestimmung。 der Sauerstoffionen-Konzentration」。Z . Elektrochem (ドイツ語)。45 ( 4): 303–309。

[flood-32] Flood, H. ; Forland, T. (1947). 「酸化物の酸性および塩基性特性」. Acta Chemica Scandinavica . 1 (6): 592–604. doi : 10.3891/acta.chem.scand.01-0592 . PMID 18907702.

[drago-33] Drago, Russel S.; Whitten, Kenneth W. (1966). 「溶融塩媒体を利用したオキシハライドの合成」.無機化学. 5 (4): 677–682. doi :10.1021/ic50038a038.

[34] グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1984)。元素の化学。オックスフォード:ペルガモン・プレス。p. 1056。ISBN 978-0-08-022057-4。

[pearson-35] ピアソン、ラルフ G. (1963). 「ハード酸とソフト酸および塩基」アメリカ化学会誌. 85 (22): 3533–3539. doi :10.1021/ja00905a001.

[abshardess-36] Parr, Robert G.; Pearson, Ralph G. (1983). 「絶対硬度：絶対電気陰性度の関連パラメータ」. Journal of the American Chemical Society . 105 (26): 7512–7516. doi :10.1021/ja00364a005.

[37] Pearson, Ralph G. (2005). 「化学的硬度と密度汎関数理論」(PDF) . Journal of Chemical Sciences . 117 (5): 369–377. CiteSeerX 10.1.1.693.7436 . doi :10.1007/BF02708340. S2CID 96042488. 2022年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) .

[38] Vogel GC; Drago, RS (1996). 「ECW モデル」. Journal of Chemical Education . 73 (8): 701–707. Bibcode :1996JChEd..73..701V. doi :10.1021/ed073p701.