文章專區

從傳統酸鹼理論說起

1777 年9月5日，法國化學家拉瓦節（A-L. de Lavoisier）在法蘭西科學院發表論文，總結他數年的研究，提出一 套酸鹼理論。他認為氧是酸中不可或缺的成分，將氧氣定義為酸生成要素（le principe oxygine，希臘文中oxy意為酸，gen 意為產生）。1789 年，《化學綱要》（Traité Élémentaire de Chimie）出版，奠定現代化學的基礎。 不幸，1794 年拉瓦節被送上斷頭臺，也斷送了巴黎世界化學中心的地位，誠如拉格朗日（J-L. Lagrange）所說的「100 年都未必生得出那樣的腦袋」。

李比希（J. von Liepig）自幼立志當「化學家」，當時沒有這個稱謂，更引起全班鬨堂大笑。他到法國師從給呂薩克（J. L. Gay-Lussac）教授進行研究，1824 年李比希回國，在德國小鎮吉森（Giessen）建立實驗室，並且開創了「研究教學並行」的制度，是現代研究所的濫觴， 培養出上萬名學生，成為世界化學研究的中心。他研究了許多有機酸的組成後，於1838 年左右提出一套酸鹼理論，認為酸是含氫元素的物質，其中的氫也可以被金屬原子取代。

1903 年諾貝爾化學獎得主阿瑞尼士（S. A. Arrhenius） 在瑞典烏普薩拉大學（Uppsala Universitet）攻讀博士 時，1883 年 5 月 17 日，他徹夜思考後創立電離理論（electrolytic dissociation），隔天一早衝向指導教授報告:「我有個電導性新理論...」，老師卻回以:「有意思」，然後大聲的說:「再見」就打發了他。後來的博士論文也只得到「通過，無嘉獎。（non sine laude）」的成績，因此很難謀得教職。幸好得到德國奧士華（F. W. Ostwald，1909 年諾貝爾化學獎）的賞識接納，兩人共 同開創溶液化學的離子理論，提出氫離子（H⁺）是酸的酸鹼理論，目前仍然被廣泛用於理解酸鹼反應的概念。

1923 年，布忍斯特（J. N. Brønsted，丹麥人）及勞瑞（T. M. Lowry，英國人）分別提出酸鹼質子理論，稱為布—勞酸鹼理論（Brønsted–Lowry acid–base theory）。凡是能給出氫離子的物質都是酸，凡能接受質子的物質都是鹼，而能給出質子也能接受質子的物質稱為兩性物質。酸和鹼通過質子交換，形成共軛酸鹼對（conjugate pairs）。

1938 年，美國化學家路易斯（G. N. Lewis）提出一個更為寬廣的酸鹼理論，依其定義:酸是電子對（electron pair）的接受者，鹼是電子對的供給者，酸鹼反應就是電子對的轉移。依此定義，甲硼烷（BH₃）為路易斯酸，氨（NH₃）為路易斯鹼，共用一對電子形成 [H₃B: NH₃]，稱為加成物（adduct）。

楊武晃先生於《科學月刊》第 1 卷第 6 期的大作〈酸與鹼〉，對上述酸鹼理論及應用都有詳細的論述，今日讀 來仍屬佳作，可供中學生、大學生參考，作者是東海大學化學系二年級的學生，有這麼好的作品，實屬難得。 本文僅就一些科學史及軼事，略事補充。但是，50 年來化學已經更上層樓，新的研究成果及新的酸鹼理論甚多， 有必要較詳細的說明，以供參考。......【更多內容請閱讀科學月刊第594期】