歴史的開発編集

酸-塩基反応の概念は、1754年にGuillaume-François Rouelleによって初めて提案され、酸と反応して固体の形を与える物質を意味するために化学に”塩基”という言葉を導入した。

Lavoisier’s oxygen theory of acidsEdit

酸と塩基の最初の科学的概念は、1776年頃にLavoisier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主にHNO
3（硝酸）やH
2SO
4（硫酸）などのオキソ酸に限定されており、酸素に囲まれた高酸化状態で中心原子を含む傾向があり、ハロゲン化水素酸（HF、HCl、HBr、HI）の真の組成を認識していなかったため、酸を含む酸素に関して定義した。これは実際には”酸-元”を意味するギリシャ語から命名された。これは”酸”を意味するギリシャ語から命名された。これは”酸”を意味するギリシャ語から命名された。これはギリシャ語で”酸”を意味するγ（oxys）から命名された。これは”酸”を意味するギリシャ語から命名された。こんにちは。”シャープ”と”エンジェンダー”を意味するθαθ（芸濃舞）。, ラヴォアジエの定義は30年以上にわたって行われ、1810年の論文とその後のハンフリー-デービー卿による講義では、H
2S、H2Te、およびハロゲン化水素酸における酸素の欠如を証明した。 しかし、デイビーは新しい理論を開発することに失敗し、”酸性度は特定の基本物質に依存するのではなく、様々な物質の特異な配置に依存する”と結論付けた。 酸素理論の一つの注目すべき修正は、酸は非金属の酸化物であり、塩基は金属の酸化物であると述べたJöns Jacob Berzeliusによって提供された。,

Liebig’s hydrogen theory of acidsEdit

1838年、ユストゥス-フォン-リービッヒは、酸は水素を金属に置き換えることができる水素を含む化合物であると提案した。 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、Davy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教義のシフト リービッヒの定義は、完全に経験的であるが、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。,

Arrhenius definitionEdit

分子用語での酸と塩基の最初の近代的な定義はSvante Arrheniusによって考案されました。 酸の水素理論は、1884年にフリードリヒ-ヴィルヘルム-オストヴァルトとともに水溶液中のイオンの存在を確立し、1903年にノーベル化学賞を受賞した。アレニウス酸は、水中で解離して水素イオン（H+）を形成する物質であり、すなわち、酸はaqueous液中のH+イオンの濃度を増加させる。,

これは、水のプロトン化、またはヒドロニウム（H3O+）イオンの生成を引き起こす。 したがって、現代では、裸のプロトンがaqueous液中に遊離種として存在しないことが知られているので、記号H+はH3O+の省略形として解釈される。アレニウス塩基は、水中で解離して水酸化物（OH−）イオンを形成する物質であり、すなわち、塩基はaqueous液中のOH−イオンの濃度を増加させる。,”

酸性度とアルカリ度のArrheniusの定義は、水溶液に制限されており、溶媒イオンの濃度を指します。 この定義の下では、トルエンに溶解した純粋なH2SO4およびHClは酸性ではなく、液体アンモニア中の溶融NaOHおよびカルシウムアミド溶液はアルカリ性ではない。 これは、これらの非水性例外を説明するために、ブロンステッド-ローリー理論とその後のルイス理論の発展につながった。,

全体的に、アレニウス酸としての資格を得るためには、水への導入時に、化学物質は直接またはその他の原因となる必要があります。

• ヒドロニウム水溶液の濃度の増加、または
• 水酸化水素水の濃度の減少。

逆に、アレニウス塩基としての資格を得るためには、水への導入時に、化学物質は直接的またはその他の原因とならなければならない。

• ヒドロニウム水溶液の濃度の減少、または
• 水酸化水素水の濃度の増加を引き起こさなければならない。,

酸と塩基との反応は、中和反応と呼ばれます。 この反応の生成物は塩および水である。

酸+塩基→塩+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る。 例えば、塩酸HClと水酸化ナトリウムNaOH溶液との反応は、塩化ナトリウムNaClおよびいくつかの追加の水分子の溶液を生成する。,HCl(aq)+NaOH(aq)→NaCl(aq)+H2O

この式における修飾子(aq)は、明示的に含まれるのではなく、アレニウスによって暗示された。 これは、物質が水に溶解していることを示しています。 Ｈｃｌ，ＮａｏｈおよびＮａｃｌはすべて純粋な化合物として存在することができるが，aqueous液中ではそれらは完全に水中イオンＨ＋，Ｃｌ−，Ｎａ＋およびＯＨ-に解離する。,

Brønsted–Lowry definitionEdit

Johannes Nicolaus BrønstedとThomas Martin Lowry

Brønsted–Lowryの定義は、デンマークのJohannes Nicolaus BrønstedとイギリスのMartin Lowryによって独立して1923年に策定された。酸の脱プロトン化を介して塩基のプロトン化–すなわち、酸が水素イオン（H+）を”寄付”する能力—そうでなければプロトンとして知られている—それらを”受け入れる”塩基に。,したがって、酸–塩基反応は、酸からの水素イオンの除去および塩基へのその付加である。 酸から水素イオンを除去すると、その共役塩基が生成され、これは水素イオンが除去された酸である。 塩基によるプロトンの受信は、水素イオンが添加された塩基である共役酸を生成する。

前の定義とは異なり、Brønsted–Lowryの定義は、塩と溶媒の形成を指すのではなく、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す。, このアプローチでは、酸と塩基は、Debye、Onsagerなどの理論に従って、電解質と見なされる塩とは根本的に挙動が異なります。 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する。 したがって、中和の概念は存在しない。 Brønsted-Lowry酸塩基挙動は公式には任意の溶媒とは無関係であり、Arrheniusモデルよりも包括的である。 Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ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）に依存した。, Brønsted-Lowryモデルは不溶解性および溶ける解決（ガス、液体、固体）を使用してテストされるpHであることができるものを拡大した。

Brønsted–Lowryの定義による酸–塩基反応の一般式は次のとおりである：

HA+B→BH++A−

ここで、HAは酸を表し、Bは塩基を表し、BH+はbの共役酸を表し、A−はHAの共役塩基を表す。,

例えば、aqueous液中での塩酸（HCl）の解離のためのBrønsted-Lowryモデルは、次のようになる：

HCl+H2O=H3O++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− H2OへのH+の添加（塩基として作用する）は、塩基の共役酸であるヒドロニウムイオン、H3O+を形成する。水は両性である—すなわち、酸と塩基の両方として作用することができる。, Brønsted-Lowryモデルはこれを説明し、水が低濃度のヒドロニウムイオンと水酸化物イオンに解離することを示しています。

H2O+H2O≤H3O++OH−

この式は下の画像で示されています。

ここでは、水の一分子が酸として作用し、h+を供与して共役塩基OH−を形成し、水の第二分子が塩基として作用し、H+イオンを受け入れて共役酸H3O+を形成します。

酸として作用する水の例として、ピリジンの水溶液C5H5Nを考えてみましょう。,

C5H5N+H2O≤++OH−

この例では、水分子は、ピリジン分子に供与される水素イオンと水酸化物イオンとに分割される。

Brønsted-Lowryモデルでは、Arrhenius Acid-Baseモデルで必要とされるように、溶媒は必ずしも水である必要はありません。 たとえば、酢酸CH3COOHが液体アンモニアに溶解したときに何が起こるかを考えてみましょう。

CH
3COOH+NH
3≤NH+
4+CH
3COO−

H+イオンが酢酸から除去され、その共役塩基、酢酸イオン、CH3COO−を形成する。, 溶媒のアンモニア分子にH+イオンを添加すると、その共役酸、アンモニウムイオン、NH+

Brønsted–Lowryモデルは水素containing有物質（HClのような）酸を呼び出します。 したがって、SO3またはBCl3のような多くの化学者が酸であると考えているいくつかの物質は、水素の欠如のために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制限することは、酸素を含む物質に対する酸化剤という用語の制限と同様に、化学の体系的な理解”さらに、KOHおよびKNH2はBrønsted塩基とはみなされず、むしろ塩基OH−およびNH−

Lewis definitionEdit

ArrheniusおよびBrønsted–Lowryの水素要件は、Gilbert Nによって考案されたlewis definition of acid–base reactionによって除去された。, ルイスは1923年にBrønsted–Lowryと同じ年になりましたが、1938年まで彼によって詳述されませんでした。 ルイスの定義では、プロトンまたは他の結合物質に関して酸–塩基反応を定義するのではなく、塩基（ルイス塩基と呼ばれる）を電子対を与えることができる化合物であり、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であると定義している。

例えば、三フッ化ホウ素、BF3は典型的なルイス酸である。 それはそのオクテットに空孔を有するので、一対の電子を受け入れることができる。 フッ化物イオンは完全なオクテットを有し、一対の電子を寄付することができる。, したがって

BF3+F-→BF-
4

は典型的なルイス酸、ルイス塩基反応である。 グループ13の元素のすべての化合物は、式AX3ルイス酸として振る舞うことができます。 同様に、第15族元素の式DY3を有する化合物、例えばアミン、NR3およびホスフィン、PR3は、ルイス塩基として振る舞うことができる。 それらの間の付加物は、原子A（受容体）およびD（供与体）の間に、πとして象徴的に示される与格共有結合を有する式X3A≤DY3を有する。 第16族の式DX2を有する化合物はまた、ルイス塩基として作用し得る；このようにして、エーテル、R2O、またはチオエーテル、R2Sのような化合物は、ルイス塩基として作用することができる。, ルイス定義はこれらの例に限定されない。 例えば、一酸化炭素は、式F3B≤COの三フッ化ホウ素と付加物を形成するときにルイス塩基として作用する。

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対する電子を供与する。, 反応

++2NH3→++4H2O

は、より強い塩基（アンモニア）がより弱い塩基（水）に置き換わる酸–塩基反応と見ることができる

反応

H++OH–≤H2O

は両方の理論において酸−塩基反応であるため、ルイスとブロンステッド–ローリーの定義は互いに一致している。

溶媒システム定義編集

アレニウス定義の限界の一つは、水溶液への依存である。 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、水ベースのアレニウス理論との類似点を指摘した。 アルバートF.,O.Germannは液体ホスゲンを用いてCOCl
2を用いて、1925年に溶媒に基づく理論を定式化し、それによってアレニウスの定義を非プロトン性溶媒をカバーするように一般化した。

Germannは、多くの溶液において、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た：

• ソルボニウムイオン：正イオンの総称。 （ソルボニウムという用語は、溶媒分子のプロトン化によって形成される正イオンであるリオニウムイオンに代わっている。）
• 溶媒和物イオン：負イオンの総称。, （用語溶媒和物は、古い用語lyateイオンを置き換えている：溶媒分子の脱プロトン化によって形成された負イオン。,nd ammonium and amide, respectively: 2 H
  2O ⇌ H
  3O+
  + OH−
  2 NH
  3 ⇌ NH+
  4 + NH−
  2

  Some aprotic systems also undergo such dissociation, such as dinitrogen tetroxide into nitrosonium and nitrate, antimony trichloride into dichloroantimonium and tetrachloroantimonate, and phosgene into chlorocarboxonium and chloride:

  N
  2O
  4 ⇌ NO+
  + NO−
  3 2 SbCl
  3 ⇌ SbCl+
  2 + SbCl−
  4 COCl
  2 ⇌ COCl+
  + Cl−

  A solute that causes an increase in the concentration of the solvonium ions and a decrease in the concentration of solvate ions is defined as an acid., 溶媒和物イオンの濃度の増加およびソルボニウムイオンの濃度の減少を引き起こす溶質は、塩基として定義される。, 例えば、液体N
  2O
  4:

  +→+

  溶媒系の定義は溶質と溶媒自体に依存するため、特定の溶質は溶媒の選択に応じて酸または塩基のいずれかであり得る：HClO
  4は水に強い酸、酢酸に弱い酸、フルオロスルホン酸に弱い塩基であり、理論のこの特性は強さと弱さの両方と見なされている。物質（so
  3やnh
  3など）は、それ自体が酸性または塩基性であることがわかっています。, 一方、溶媒システム理論は有用であるにはあまりにも一般的であると批判されている。 また、水素化合物には本質的に酸性のものがあり、非水素原性のソルボニウム塩では共有されない性質があると考えられています。

  Lux-Flood definitionEdit

  この酸–塩基理論は、1939年にドイツの化学者Hermann Luxによって提案された酸および塩基の酸素理論の復活であり、1947年頃にHåkon Floodによってさらに改良され、現代の地球化学および溶融塩の電気化学において依然として使用されている。, この定義は、酸を酸化物イオン(O2−
  )アクセプターとし、塩基を酸化物イオンドナーとして記述する。 例えば、

  +→MgCO
  3+→CaSiO
  3+→NO+
  2+2SO2−
  4

  この理論は、希ガス化合物、特にキセノン酸化物、フッ化物、およびオキソフッ化物の反応の体系化にも有用である。

  Usanovich definitionEdit

  Mikhail Usanovichは酸性度を水素containing有化合物に制限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であった。, Usanovichの理論は、酸を否定的な種を受け入れるか、または肯定的な種を寄付するものとして定義し、その逆として塩基を定義するものとして要約することができる。 これは、酸-塩基反応の特別な場合として酸化還元（酸化還元）の概念を定義した

  Usanovich酸–塩基反応のいくつかの例としては、

  +→2Na+
  +SO2–
  4（種交換：O2−
  アニオン）+→6NH+
  4+2SbS3−
  4（種交換：3S2−
  アニオン）+→2Na+
  +2Cl-
  （種交換：2電子)