共軛酸

中文拼音：gòng è suān

英文名稱：Conjugate acid

共軛酸鹼對是一對以質子得失關係聯繫起來的酸和鹼。根據酸鹼質子理論，酸和鹼總是對應存在，酸給出質子變成其共軛鹼，而鹼得到質子變成其相應的共軛酸，這種關係叫共軛關係。如醋酸(HAc)和醋酸根(Ac)、氨 (NH₃)和銨離子(NH₄⁺)等均為共軛酸鹼對。在分析化學中，這種共軛體系常被作為酸鹼緩衝體系，即保持分析溶液為一定的pH值，不受外界少量的酸或鹼的加入以及溶液稀釋的影響。 ^[1] 

根據酸鹼的質子理論，容易放出質子的物質是強酸，而該物質放出質子後就不容易形成鹼，同質子結合能力弱，因而是弱的鹼。換言之，酸越強，它的共軛鹼就越弱；反之，鹼越強，它的共軛酸就越弱。

根據酸鹼質子理論，酸鹼在溶液中所表現出來的強度，不僅與酸鹼的本性有關，也與溶劑的本性有關。我們所能測定的是酸鹼在一定溶劑中表現出來的相對強度。同一種酸或鹼，如果溶於不同的溶劑，它們所表現的相對強度就不同。例如HAc在水中表現為弱酸，但在液氨中表現為強酸，這是因為液氨奪取質子的能力（即鹼性）比水要強得多。這種現象進一步説明了酸鹼強度的相對性。 ^[2] 

根據布朗斯特德和勞萊的酸鹼質子理論，認為酸是能給出質子的物質，鹼是能接受質子的物質。酸失去質子，變成該酸的共扼鹼鹼得到質子後變成該鹼的共扼酸，有這種關係的酸鹼稱共扼酸鹼對。根據酸鹼的質子理論，酸或鹼可以是中性分子，也可以是陽離子或陰離子。既有酸的性質又有鹼的性質的物質稱為兩性物質，同理，具有酸的性質又有鹼的性質的溶劑為兩性溶劑。酸或鹼的失去質子或得到質子總是在某種溶劑中進行的，而兩性溶劑分子之間本身就能發生質子的轉移反應，即質子自遞作用。 ^[1] 

與電離理論最大的不同在於，質子理論裏面只有酸鹼的概念，而沒有鹽的概念。因此，在緩衝溶液中，緩衝對即為一對共軛酸鹼對。實際上應用共軛酸鹼對的概念，緩衝溶液可以只分成兩類，即弱酸及其共軛鹼和弱鹼及其共軛酸兩類。此外，在高濃度的強酸強鹼溶液中，由於H⁺或OH^-的濃度本來就很高，外加少量酸或鹼不會對溶液的酸度產生太大的影響，在這種情況下，強酸強鹼也是緩衝溶液，它們主要是高酸度（pH<2）和高鹼度（pH>12）時的緩衝溶液。 ^[2] 

以HB—B^-緩衝溶液體系為例，HB和B^-的起始濃度很大，體系中存在共軛酸HB和它的共軛鹼。根據酸鹼反應的原則，不難知道，如果向此溶液中加入少量強酸時，溶液中的共軛鹼可以接受H⁺，生成HB，從而抵抗H⁺對pH的影響。如果向此溶液中加入少量強鹼時，溶液中的共軛酸HB可以接受羥基，生成B^-，從而抵抗OH^-對pH的影響。因為共軛酸鹼對的存在，所以可以抵抗少量外加酸鹼，從而保持緩衝溶液的pH值基本不變。 ^[2] 

共軛酸鹼對在緩衝對選擇中的應用

實際工作中需要製備某一pH值的緩衝溶液時，可按下列步驟進行：

按照電離理論，選擇一種緩衝對，使其中弱酸（或弱鹼）的pKa（或pKb）與所需要的pH（或pOH）相等或相近，如pKa或（pKb）與所需要的pH（或pOH）值不完全相等時，則按所要求的pH（或pOH）值，利用緩衝方程式，計算出所需的弱酸（或弱鹼）和鹽的濃度比。按照質子理論，僅僅將“鹽”換成“共軛鹼”（或“共軛酸”）而已。 ^[2] 

通過電位滴定，對總濃度相同的3 種緩衝體系在不同緩衝比時的抗酸鹼能力做了對比，得出結論：總濃度一定時，緩衝容量β 隨着緩衝比的改變而改變，但是緩衝比為1 的緩衝溶液的緩衝容量β 不是最大的。要正確比較緩衝容量大小，必須説明是抗酸能力還是抗鹼能力，抗酸能力的大小取決於共軛鹼的濃度大小，抗鹼能力的大小取決於共軛酸的濃度大小。並對緩衝容量β-V 圖的變化趨勢作了解讀。 ^[3] 

一般情況下，緩衝溶液的總濃度控制在0.05 ～ 0.20mol /L 之間，因此本文選擇共軛酸鹼的濃度均為0.1mol /L，按照表1 配製成緩衝溶液。考慮到稀釋效應的影響，分別用0.5mol /L NaOH 溶液和0.5mol /L HCl 溶液滴定，記錄pH 和滴定液的體積V，由β = n /( V︱ΔpH︱) ( n 為外加的一元強酸或強鹼的物質的量，V 為緩衝溶液的體積，ΔpH 為緩衝溶液pH 的變化量) 計算出緩衝容量β，做出β-V 圖。 ^[3] 

1 同一緩衝體系不同緩衝比的抗酸抗鹼能力對比

由圖1 ～ 6 可知，對同一個緩衝體系進行比較，緩衝比為3 時，緩衝溶液的抗酸能力是最強的，抗鹼能力是最弱的；緩衝比為1 /3 時，緩衝溶液的抗酸能力是最弱的，抗鹼能力是最強的；緩衝比為1 的體系，抗酸能力和抗鹼能力都不是最強的，而是居於中等。因此在描述緩衝容量時，必須説明是抗酸能力還是抗鹼能力，而不是籠統地説緩衝容量。每個滴定實驗重複了3 次，實驗的重現性良好。為什麼實驗結果是這樣的呢? 原因在於：抗酸能力的大小取決於抗酸成分即共軛鹼的濃度大小，抗鹼能力的大小取決於抗鹼成分即共軛酸的濃度大小。緩衝比為3，緩衝溶液的抗酸成分即共軛鹼的濃度是最大的，抗鹼成分即共軛酸的濃度是最小的; 緩衝比為1 /3，則剛好相反；緩衝比為1 時，它的共軛鹼和共軛酸濃度都不是最大的，因此它的抗酸能力和抗鹼能力都居於中等。

2 3 個緩衝體系緩衝比為1 的抗酸抗鹼能力對比

儘管緩衝比為1 的緩衝溶液的抗酸和抗鹼能力都不是最大的，但是它們的抗酸和抗鹼能力卻都是比較大的。所以在選擇緩衝溶液時可以選擇合適的pKa的緩衝對，然後選擇緩衝比接近1 的緩衝溶液。下面比較不同緩衝體系緩衝比為1 時的抗酸抗鹼能力。每個滴定實驗重複3 次，實驗的重現性良好。總的來説，同一緩衝體系，當緩衝比為1 時，鹼性溶液、中性溶液、酸性溶液的抗鹼能力與抗酸能力沒有明顯規律。並不像文獻所説，“酸性緩衝溶液和鹼性緩衝溶液的抗酸能力不同，一般來説，酸性緩衝溶液的抗酸能力較強”。

3 β-V 圖變化趨勢的解讀

當外加的強酸或強鹼比較少時，所有緩衝體系中的抗酸成分和抗鹼成分的濃度都比較大，β 先有一個比較大的值，但隨着外加的強酸或強鹼的量增加時，β 都會經過一個急劇下降的過程，因為緩衝溶液的緩衝能力到了最大值後，就要下降。選擇緩衝溶液時，應該選擇β 比較大的範圍。 ^[3]