酸
酸的定义
酸在化学中主要有以下三种定义:
阿伦尼乌斯酸。指的是溶解于水时释放出的阳离子全部是氢离子(H)的化合物。
布朗斯特-劳里(Brønsted-Lowry)酸。这种定义认为能提供质子的粒子是酸,能接受质子的粒子是碱。参看酸碱质子论。它比阿伦尼乌斯的定义要广泛,因为这种定义下的酸包含了不溶于水的物质。
路易斯酸。酸被定义为电子的接受者,这是范围最广泛的定义,因为路易斯酸碱不需要氢或氧的存在。参看酸碱电子论。
酸的性质
带有酸味
酸性溶液(包含酸溶液)能使通用酸碱指示剂变成偏暖色。主要是因为酸能释放出氢离子(H)。
所有酸的水溶液都能够导电,这是由于氢离子及酸根离子的存在,它们可以在电极之间作电荷交换,从而导电。因此酸也是一种电解质。
和活泼金属单质反应:
和氢氧化物(碱)发生中和反应放出盐和水
和金属氧化物发生反应,生成盐和水
和碳酸盐反应生成盐、二氧化碳和水
和碳酸氢盐反应生成盐、二氧化碳和水
和盐反应(产生复分解反应)
食物中的酸
所有存在于天然食物中的有机酸都是弱酸。
抗坏血酸(维生素C) - 可在水果中找到
乙酸(醋酸) - 可在醋中找到
单宁酸- 可在茶中找到
酒石酸- 可在葡萄中找到
柠檬酸- 可在橙和柠檬等水果中找到
苯甲酸- 可在蚝油找到
酸性与氢离子的关系
所有酸都能溶在水中产生水溶液且能导电,这证明了所有酸都可以在水中离解出离子。
当酸和金属反应会产生氢气,该氢气是源自酸的氢离子。
所有酸的水溶液都是含有H3O+,只有这样才能显出酸的特性。
纯净无水的酸都是含氢的共价分子结构化合物,它们溶于水中时会脱出其氢原子。
酸溶液的氢离子浓度愈高,其酸度就愈高。
依电离氢离子数目分类
盐基度是一种酸的每个分子最多能电离出的氢离子的数目。
盐基度 = 1:一元酸——如氢氯酸、硝酸、亚硝酸、乙酸
盐基度 = 2:二元酸——如硫酸、亚硫酸、碳酸
盐基度 = 3:三元酸——如磷酸、柠檬酸
除一元酸以外的酸都称为二元酸或多元酸。
浓酸的危险性
浓酸常有强烈腐蚀性,有些还伴有其他特性,如具有强氧化性和脱水能力的浓硫酸,能对人体造成严重的化学烧伤。
浓酸的特性:
处理浓酸要注意的地方
浓酸应安放在通风柜中。
人手处理浓酸时要戴防护手套和安全眼镜。
稀释浓酸时,是要慢慢地把浓酸加入搅动中大量水中而不能相反,否则可引致沸腾(突沸),水连同强酸溅出可引致极大的危险。
若被强酸溅到人体,先用干布拭去,再用大量清水冲洗伤口,再用小苏打溶液冲洗,严重则要立即送医治理。
常见的无机酸
强酸
常见的强酸──硫酸的立体模型
强酸,是指在水溶液中完全电离的酸(硫酸这类多元酸不在此限),或以酸度系数的概念理解,则指pKa值< −1.74的酸。这个值可以理解为在标准状况下,氢离子的浓度等同于加入强酸后的溶液浓度。
大部分强酸均是腐蚀性的,但当中亦有例外。例如超强酸当中的碳硼烷酸(H(CHB11Cl11),其酸性比硫酸高百万倍,但却完全不带有腐蚀性;相反,弱酸当中的氢氟酸(HF)却带有高度腐蚀性。它能够溶解极大部分的金属氧化物,诸如玻璃及除了铱以外的所有金属。
强酸在水溶液中完全离解的化学方程式如下所示:
一般酸不会在水中完全离解,因此多以化学平衡而不是完全反应的形式表示,弱酸就是指不完全离解的酸。用酸度系数作为区别强酸与弱酸的作用并不明显(因为数值差距较难理解及不明显),因此用方程式去区别两者更为合理。
由于强酸在水溶液中完全离解,因此氢离子在水中的浓度等同于将该酸带到其他的溶液当中:
酸性强度的判别
除了透过计算pH值来衡量不同酸的强度外,透过观察以下的性质也可以判别出不同类别的酸的强度:
电负性:在同一元素周期下其共轭碱的负电性愈高,它的酸度就愈高。
原子半径:原子半径增加,其酸度也会增加。以氢氯酸及氢碘酸为例,两者均是强酸,在水中均会电离出100%的相应离子。但是氢碘酸的酸度比氢氯酸要强,这是因为碘的原子半径远大于氯的原子半径。带有负电荷的碘阴离子拥有较离散的电子云,因此与质子(H)的吸力较弱,因此,氢碘酸电离(去质子化)的速度更快(二者酸性的差别可在酸性更强的溶剂,如乙酸中测出,因为在乙酸中二者均只能部分电离而可体现出差别)。
电荷:电离后的物质愈带有正电荷,就愈高酸度。因此中性离子较阴离子容易放出质子,阳离子也比起其他分子均具有更高酸度。
Acidity Grade
Acidity Grade,一种新的酸碱度定义,可以取代过去一直沿用的pH表示酸碱度。此一定义首先由荷兰化学家亨克·凡·鲁贝克(Henk van Lubeck)在美国《化学教育杂志》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}}^{-}]\,\!} 分别代表氢离子和氢氧根离子的物质的量浓度。
与pH相比,它有如下3个明显的优势:
酸度的数值越大说明溶液酸性越强,符合物理定义的语言习惯。
取对数的是无量纲的比值,对数函数返回值同样无量纲,这符合对数函数的特点。
不管在任何温度下,中性的溶液AG永远是0。与此不同的是,习惯上认定25摄氏度的中性溶液pH=7,其他温度下中性溶液的pH都不是7。
此外,AG的值域是R,而传统上pH的值域是0~14。
常见强酸
(从最强到最弱)
高氯酸HClO4
氢碘酸HI
氢溴酸HBr
氢氯酸HCl
硫酸H2SO4(Ka1/只限于第一酸度系数)
硝酸HNO3
水合氢离子H3O或H。为方便起见,通常会以H取代H3O。但要注意的是,单独而孤立的质子在带有极性的水中不可能存在,而是常与水分子的其中一对孤偶电子对结合。这使在水合氢离子中的氧的形式电荷为+1。
一些化学家将氯酸(HClO3),溴酸(HBrO3),高溴酸(HBrO4),碘酸(HIO3),和高碘酸(HIO4)也列为强酸,但是没有被公认。
超强酸
超强酸通常指酸性比纯硫酸更强的酸。简单的超强酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)和氟磺酸(FSO3H),它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下,超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。
超强酸这一术语由詹姆斯·布莱恩特·科南特(James Bryant Conant)于1927年提出。乔治·安德鲁·欧拉因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖。
常见的超强酸(从最强到最弱):
氟锑酸HFSbF5
魔酸FSO3HSbF5
碳硼烷酸H(CHB11Cl11)
氟磺酸FSO3H
三氟甲磺酸CF3SO3H
参看
碱、盐基
PH指示剂
ph试纸
pH值
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