路易斯电子酸碱理论的原理及应用

酸碱质子理论虽然比酸碱离子论和溶剂论应用范围广，但它仍有局限性，其不能讨论不含质子的物质，也不适用于无质子传递的反应。例如，我们早已熟悉的反应：

虽然反应物都没有质子，但它们溶于水分别变成Ca（OH）2和H2SO4，而Ca（OH）2和H2SO4反应的结果却与CaO和SO3的反应一样，所以上述反应实质上也是酸碱反应。1923年，路易斯（G.N.Lewis）根据大量酸碱反应的化学键变化，从原子的电子结构观点概括了酸碱反应的共同性质，提出了著名的路易斯酸碱定义：在反应过程中，能接受电子对的任何分子、原子团或离子称为酸；能给出电子对的任何分子、原子团或离子称为碱（这样定义的酸碱，有时也称为路易斯酸和路易斯碱）。在酸碱反应过程中电子发生转移，碱性物质提供电子对，酸性物质接受电子对，形成配位共价键，其生成物则称为酸碱加合物。因而路易斯的理论又称为酸碱电子论。如图4－4所示。

图4－4　路易斯酸碱理论

按照酸碱电子论的观点，一种酸和一种碱反应可生成酸碱加合物，用公式表示就是

例如：

在反应中，H2O分子与NH3分子都能提供一对电子给予质子，所以它们是路易斯碱。就质子论而言，H2O、NH3分子能与H＋结合，它们也是碱，这两种理论的结论相同，不谋而合。但是就酸的概念来说，路易斯将酸的概念扩大了，因为能接受电子对的物质不仅仅是质子，也可以是金属离子或缺电子的分子（如表4－5中反应序列8）等。

表4－5　酸碱加合反应

续表(www.xing528.com)

若酸碱加合物中键合原子共享由碱提供的电子对形成新的化学键，这种化学键属于配位键。例如：

CaO中的O有4对电子，能提供一对电子给SO3中的S形成酸碱加合物。所以CaO是碱，SO3是酸。表4－5列举了一些酸碱加合反应，凡是有质子传递的反应都可以用电子论的观点来解释。表中前5个反应都是与质子有关的加合反应。尽管表示法与质子论有所不同，但实质上是一致的。

表4－6中，有些酸或碱本身就是酸碱的加合物。它们却分别以酸或碱的身份进行加合反应，生成更复杂的加合物。例如，H2O在表中的第1个反应中是酸碱加合物，但在第4个反应中它又以酸的身份参加一些加合反应。由于加合反应比较复杂，因而酸的强弱常不能用一种简单的标度来量度。例如，NH3可作为碱，与Cu2＋和Cd2＋分别发生加合反应：

前一反应比较完全，平衡常数较大，表示Cu2＋的酸性比Cd2＋的强，但用CN－作为碱分别与Cu2＋和Cd2＋发生下列加合反应时：

后一反应比较完全，说明Cd2＋的酸性反应比Cu2＋的强，两者结论相反。所以，对于路易斯理论中的加合反应，不容易用简单的标度来衡量物质的酸碱性。

路易斯酸碱概念的使用范围较为广泛。一般来说，大多数配位化合物中含有金属离子，它可以接受电子，所以是酸；在金属离子周围的配位体可以提供电子对，所以是碱。在有机化合物中也可以解析为酸和碱两个部分，如乙酸乙酯（CH3COC2H5），可以解析为乙酰正离子和乙氧负离子。这种对有机化合物的解析方法在有机化学中已被广泛使用，作为推测有机化学反应的一种方法。由于其应用范围较广，故有人称其为广义的酸碱理论。

客观事物总有其二重性，电子论也不是完美无缺，其不足之处，主要表现在路易斯酸碱的强度没有统一的标准，缺乏像质子论那样明确的定量关系。一种物质究竟是酸或是碱，需从具体的反应中方能确定。因此，在处理水溶液体系中的酸碱问题，或在基础课的教学中，常采用质子理论或阿仑尼乌斯的理论。

关于酸碱理论的讨论，除了上述几种理论外，还有许多理论，如皮尔逊（Person）提出的软硬酸碱的概念等，人们对酸碱的认识，总是在不断地深入之中。