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2019-06-02老調新曲話酸鹼 594 期

Author 作者 王文竹/淡江大學化學系教授。

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】