酸
酸的定義
酸在化學中主要有以下三種定義:
阿倫尼烏斯酸。指的是溶解于水時釋放出的陽離子全部是氫離子(H)的化合物。
布朗斯特-勞里(Br?nsted-Lowry)酸。這種定義認為能提供質(zhì)子的粒子是酸,能接受質(zhì)子的粒子是堿。參看酸堿質(zhì)子論。它比阿倫尼烏斯的定義要廣泛,因為這種定義下的酸包含了不溶于水的物質(zhì)。
路易斯酸。酸被定義為電子的接受者,這是范圍最廣泛的定義,因為路易斯酸堿不需要氫或氧的存在。參看酸堿電子論。
酸的性質(zhì)
帶有酸味
酸性溶液(包含酸溶液)能使通用酸堿指示劑變成偏暖色。主要是因為酸能釋放出氫離子(H)。
所有酸的水溶液都能夠?qū)щ?,這是由于氫離子及酸根離子的存在,它們可以在電極之間作電荷交換,從而導電。因此酸也是一種電解質(zhì)。
和活潑金屬單質(zhì)反應(yīng):
和氫氧化物(堿)發(fā)生中和反應(yīng)放出鹽和水
和金屬氧化物發(fā)生反應(yīng),生成鹽和水
和碳酸鹽反應(yīng)生成鹽、二氧化碳和水
和碳酸氫鹽反應(yīng)生成鹽、二氧化碳和水
和鹽反應(yīng)(產(chǎn)生復分解反應(yīng))
食物中的酸
所有存在于天然食物中的有機酸都是弱酸。
抗壞血酸(維生素C) - 可在水果中找到
乙酸(醋酸) - 可在醋中找到
單寧酸- 可在茶中找到
酒石酸- 可在葡萄中找到
檸檬酸- 可在橙和檸檬等水果中找到
苯甲酸- 可在蠔油找到
酸性與氫離子的關(guān)系
所有酸都能溶在水中產(chǎn)生水溶液且能導電,這證明了所有酸都可以在水中離解出離子。
當酸和金屬反應(yīng)會產(chǎn)生氫氣,該氫氣是源自酸的氫離子。
所有酸的水溶液都是含有H3O+,只有這樣才能顯出酸的特性。
純凈無水的酸都是含氫的共價分子結(jié)構(gòu)化合物,它們?nèi)苡谒袝r會脫出其氫原子。
酸溶液的氫離子濃度愈高,其酸度就愈高。
依電離氫離子數(shù)目分類
鹽基度是一種酸的每個分子最多能電離出的氫離子的數(shù)目。
鹽基度 = 1:一元酸——如氫氯酸、硝酸、亞硝酸、乙酸
鹽基度 = 2:二元酸——如硫酸、亞硫酸、碳酸
鹽基度 = 3:三元酸——如磷酸、檸檬酸
除一元酸以外的酸都稱為二元酸或多元酸。
濃酸的危險性
濃酸常有強烈腐蝕性,有些還伴有其他特性,如具有強氧化性和脫水能力的濃硫酸,能對人體造成嚴重的化學燒傷。
濃酸的特性:
處理濃酸要注意的地方
濃酸應(yīng)安放在通風柜中。
人手處理濃酸時要戴防護手套和安全眼鏡。
稀釋濃酸時,是要慢慢地把濃酸加入攪動中大量水中而不能相反,否則可引致沸騰(突沸),水連同強酸濺出可引致極大的危險。
若被強酸濺到人體,先用干布拭去,再用大量清水沖洗傷口,再用小蘇打溶液沖洗,嚴重則要立即送醫(yī)治理。
常見的無機酸
強酸
常見的強酸──硫酸的立體模型
強酸,是指在水溶液中完全電離的酸(硫酸這類多元酸不在此限),或以酸度系數(shù)的概念理解,則指pKa值< ?1.74的酸。這個值可以理解為在標準狀況下,氫離子的濃度等同于加入強酸后的溶液濃度。
大部分強酸均是腐蝕性的,但當中亦有例外。例如超強酸當中的碳硼烷酸(H(CHB11Cl11),其酸性比硫酸高百萬倍,但卻完全不帶有腐蝕性;相反,弱酸當中的氫氟酸(HF)卻帶有高度腐蝕性。它能夠溶解極大部分的金屬氧化物,諸如玻璃及除了銥以外的所有金屬。
強酸在水溶液中完全離解的化學方程式如下所示:
一般酸不會在水中完全離解,因此多以化學平衡而不是完全反應(yīng)的形式表示,弱酸就是指不完全離解的酸。用酸度系數(shù)作為區(qū)別強酸與弱酸的作用并不明顯(因為數(shù)值差距較難理解及不明顯),因此用方程式去區(qū)別兩者更為合理。
由于強酸在水溶液中完全離解,因此氫離子在水中的濃度等同于將該酸帶到其他的溶液當中:
酸性強度的判別
除了透過計算pH值來衡量不同酸的強度外,透過觀察以下的性質(zhì)也可以判別出不同類別的酸的強度:
電負性:在同一元素周期下其共軛堿的負電性愈高,它的酸度就愈高。
原子半徑:原子半徑增加,其酸度也會增加。以氫氯酸及氫碘酸為例,兩者均是強酸,在水中均會電離出100%的相應(yīng)離子。但是氫碘酸的酸度比氫氯酸要強,這是因為碘的原子半徑遠大于氯的原子半徑。帶有負電荷的碘陰離子擁有較離散的電子云,因此與質(zhì)子(H)的吸力較弱,因此,氫碘酸電離(去質(zhì)子化)的速度更快(二者酸性的差別可在酸性更強的溶劑,如乙酸中測出,因為在乙酸中二者均只能部分電離而可體現(xiàn)出差別)。
電荷:電離后的物質(zhì)愈帶有正電荷,就愈高酸度。因此中性離子較陰離子容易放出質(zhì)子,陽離子也比起其他分子均具有更高酸度。
Acidity Grade
Acidity Grade,一種新的酸堿度定義,可以取代過去一直沿用的pH表示酸堿度。此一定義首先由荷蘭化學家亨克·凡·魯貝克(Henk van Lubeck)在美國《化學教育雜志》上提出。
A G = log ? ? --> [ H + ] [ OH ? ? --> ] = p O H ? ? --> p H {\displaystyle AG=\log {[{\mbox{H}}^{+}] \over [{\mbox{OH}}^{-}]}\,\!=pOH-pH}
式中 [ H + ] {\displaystyle [{\mbox{H}}^{+}]\,\!} 和 [ OH ? ? --> ] {\displaystyle [{\mbox{OH}}^{-}]\,\!} 分別代表氫離子和氫氧根離子的物質(zhì)的量濃度。
與pH相比,它有如下3個明顯的優(yōu)勢:
酸度的數(shù)值越大說明溶液酸性越強,符合物理定義的語言習慣。
取對數(shù)的是無量綱的比值,對數(shù)函數(shù)返回值同樣無量綱,這符合對數(shù)函數(shù)的特點。
不管在任何溫度下,中性的溶液AG永遠是0。與此不同的是,習慣上認定25攝氏度的中性溶液pH=7,其他溫度下中性溶液的pH都不是7。
此外,AG的值域是R,而傳統(tǒng)上pH的值域是0~14。
常見強酸
(從最強到最弱)
高氯酸HClO4
氫碘酸HI
氫溴酸HBr
氫氯酸HCl
硫酸H2SO4(Ka1/只限于第一酸度系數(shù))
硝酸HNO3
水合氫離子H3O或H。為方便起見,通常會以H取代H3O。但要注意的是,單獨而孤立的質(zhì)子在帶有極性的水中不可能存在,而是常與水分子的其中一對孤偶電子對結(jié)合。這使在水合氫離子中的氧的形式電荷為+1。
一些化學家將氯酸(HClO3),溴酸(HBrO3),高溴酸(HBrO4),碘酸(HIO3),和高碘酸(HIO4)也列為強酸,但是沒有被公認。
超強酸
超強酸通常指酸性比純硫酸更強的酸。簡單的超強酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)和氟磺酸(FSO3H),它們的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情況下,超強酸不是單一純凈物而是幾種化合物的混合物。
超強酸這一術(shù)語由詹姆斯·布萊恩特·科南特(James Bryant Conant)于1927年提出。喬治·安德魯·歐拉因其在碳正離子和超強酸方面的研究獲得1994年諾貝爾化學獎。
常見的超強酸(從最強到最弱):
氟銻酸HFSbF5
魔酸FSO3HSbF5
碳硼烷酸H(CHB11Cl11)
氟磺酸FSO3H
三氟甲磺酸CF3SO3H
參看
堿、鹽基
PH指示劑
ph試紙
pH值
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