[科普中国]-共轭酸碱

根据现代无机化学的定义：凡是能给出质子的物质都是酸，凡是能与质子结合的物质都是碱，酸与碱之间的这种关系称为酸碱共轭关系，相对应的酸碱称为共轭酸碱。

概念布朗斯特（Brönsted）和劳莱（Lowry）在1923年提出的质子理论认为，凡是给出质子的任何物质（分子或离子）都是酸；凡是接受质子的任何物质都是碱。简单地说，酸是质子的给予体，而碱是质子的接受体。酸和碱之间的关系表示如下：

酸 =质子+ 碱

按照酸碱质子理论，属于酸的有：HCl、HAc、、HPO42-等。属于碱的有：NH3、[Al(H2O)5OH]2+、Cl-、Ac-、HPO42-、PO43-等。

同时还可以看出，酸和碱是统一在对质子的关系上：酸放出质子后变成了碱，而碱接受质子后就变成了酸。为了表示它们之间的联系，常把酸碱之间的这种关系叫做共轭酸碱。酸放出质子后形成的碱，叫做该酸的共轭碱；碱接受质子后形成的酸，叫做该碱的共轭酸。我们把相差一个质子的对应酸碱，叫做共轭酸碱。根据酸碱的质子理论，酸或碱可以是中性分子，也可以是阳离子或阴离子。既有酸的性质又有碱的性质的物质称为两性物质，同理，具有酸的性质又有碱的性质的溶剂为两性溶剂。酸或碱的失去质子或得到质子总是在某种溶剂中进行的，而两性溶剂分子之间本身就能发生质子的转移反应，即质子自递作用。1

举例按酸碱质子论，酸和碱并不是彼此孤立的，而统一在对质子的关系上，这种关系可以表示为：

酸=碱 + 质子

即，酸给出质子后就成为碱，碱接受质子后就变成酸。满足上述关系的一对酸和碱称为共轭酸碱（conjugate acid-base pair）。

例如HCN-CN-就构成了一个共轭酸碱对。HCN是CN-的共轭酸（conjugate acid），反过来，CN-是HCN的共轭碱（conjugate base）。

又如：HClH++ HCl

HCOH+ HCO-

NHH++ NH

HPOH+ HPO-

[Al(HO)]H2++ [Al(HO)OH]+

从上面几对共轭酸碱可看出，质子酸可以是分子，如HCl，可以是阳离子，如NH4+，也可以是阴离子，如HPO42-；质子碱可以是分子，如NH，可以是阳离子，如[Al(HO)OH]+，也可以是阴离子，如HPO-等。1

酸碱强弱根据酸碱的质子理论，容易放出质子的物质是强酸，而该物质放出质子后就不容易形成碱，同质子结合能力弱，因而是弱的碱。换言之，酸越强，它的共轭碱就越弱；反之，碱越强，它的共轭酸就越弱。

根据酸碱质子理论，酸碱在溶液中所表现出来的强度，不仅与酸碱的本性有关，也与溶剂的本性有关。我们所能测定的是酸碱在一定溶剂中表现出来的相对强度。同一种酸或碱，如果溶于不同的溶剂，它们所表现的相对强度就不同。例如HAc在水中表现为弱酸，但在液氨中表现为强酸，这是因为液氨夺取质子的能力（即碱性）比水要强得多。这种现象进一步说明了酸碱强度的相对性。1

意义和局限性酸碱质子理论扩大了酸碱的含义及酸碱反应的范围，摆脱了酸碱必须发生在水中的局限性，解决了非水溶液或气体间的酸碱反应，并把在水溶液中进行的解离、中和、水解等类反应概况为一类反应，即质子传递式的酸碱反应。但是，质子理论只限于质子的放出和接受，所以必须含有氢，不能解释不含氢的一类化合物的反应。它包含了所有碱性的物质，是仍限制在含氢基础上。2

应用与电离理论最大的不同在于，质子理论里面只有酸碱的概念，而没有盐的概念。因此，在缓冲溶液中，缓冲对即为一对共轭酸碱对。实际上应用共轭酸碱对的概念，缓冲溶液可以只分成两类，即弱酸及其共轭碱和弱碱及其共轭酸两类。此外，在高浓度的强酸强碱溶液中，由于H+或OH-的浓度本来就很高，外加少量酸或碱不会对溶液的酸度产生太大的影响，在这种情况下，强酸强碱也是缓冲溶液，它们主要是高酸度（pH12）时的缓冲溶液。2

共轭酸碱在缓冲原理中的应用以HB—B-缓冲溶液体系为例，HB和B-的起始浓度很大，体系中存在共轭酸HB和它的共轭碱。根据酸碱反应的原则，不难知道，如果向此溶液中加入少量强酸时，溶液中的共轭碱可以接受H+，生成HB，从而抵抗H+对pH的影响。如果向此溶液中加入少量强碱时，溶液中的共轭酸HB可以接受羟基，生成B，从而抵抗OH对pH的影响。因为共轭酸碱对的存在，所以可以抵抗少量外加酸碱，从而保持缓冲溶液的pH值基本不变。2

共轭酸碱在缓冲对选择中的应用实际工作中需要制备某一pH值的缓冲溶液时，可按下列步骤进行：

按照电离理论，选择一种缓冲对，使其中弱酸（或弱碱）的pKa（或pKb）与所需要的pH（或pOH）相等或相近，如pKa或（pKb）与所需要的pH（或pOH）值不完全相等时，则按所要求的pH（或pOH）值，利用缓冲方程式，计算出所需的弱酸（或弱碱）和盐的浓度比。按照质子理论，仅仅将“盐”换成“共轭碱”（或“共轭酸”）而已。2

本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学