酸
電離時生成的陽離子全部是氫離子(H+)的化合物叫做酸,與鹼相對。酸鹼質子理論涉及的酸概念:酸鹼離子理論是阿累尼烏其斯(Arrhenius)根據他的電離學說提出來的。他認為在水中能電離出氫離子並且不產生其它陽離子的物質叫酸。鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、磷酸(H3PO4)碳酸(H2CO3)在水溶液中電離時,產生的陰離子(酸根)雖然各不相同,但產生的陽離子(H+)卻是相同的,因此它們在性質上有共同的地方,例如具有酸味;能溶解許多金屬;能使藍色石蕊試紙變紅等等,這些性質實際上就是H+的性質。
酸是一類化合物的統稱,分為無機酸和有機酸。酸在化學中狹義的定義是:在水溶液中電離出的陽離子全部都是氫離子的化合物(比如H2SO4是酸,而NaHso4不是)。此定義稱為-{zh-hk:阿瑞尼士;zh-cn:阿侖尼烏斯}-(S.Arrhenius)酸。這類物質大部分易溶於水中,少部分,如:矽酸,難溶於水.酸的水溶液一般可導電,其導電性質與其在水中電離度有關,部分酸在水中以分子的形式存在,不導電;部分酸在水中離解為正負離子,可導電。較廣義的定義,則認為反應中能提供質子的是酸,反之為鹼,此定義稱為布忍斯特(J.M.Bronsted)-羅瑞(T.M.Lowry)酸。另外還有被稱為-{zh-hk:劉以士;zh-cn:路易斯}-(G.N.Lewis)酸的定義,定義酸為電子對的接受者,範圍更為廣泛。酸可以和鹼進行中和作用(neutralization),生成水和鹽
根據酸在水溶液中電離度的大小,有強酸和弱酸之分,一般認為,強酸在水溶液中完全電離,如鹽酸、硝酸;弱酸在水溶液中部分電離,如乙酸、碳酸。
比較酸的強度,可比較它們在一種鹼中的離解常數。根據廣義的定義,水就是一種鹼,故對弱酸,比較在水中的離解常數即可。這叫“水的區分效應”。強酸之間的比較,不能用水,這叫水的“拉平效應”;不過可以使用更強的鹼。像乙烯和乙炔這樣的弱酸,幾乎不在水中電離,使水的區分效應不明顯,可使用更強的鹼。
根據酸中所含的可電離的氫離子數目的多少,可分為一元酸(如HCl、CH3COOH)、二元酸(如H2CO3、H2C2O4)、三元酸(如H3PO4)。根據酸中是否含氧,可分為無氧酸和含氧酸。無氧酸都稱為氫某酸,如氫硫酸(H2S)、氫溴酸(HBr)、氫碘酸(HI)、氫氟酸(HF)、氫氰酸(HCN)等。含氧酸的種類比較多,如HClO=次氯酸,HClO2=亞氯酸,HClO3=氯酸,HClO4=高氯酸(也稱過氯酸)。酸的用途很廣,幾乎重要的工業都要使用各種酸。酸對於人體的生理活動也至關重要,人的體液必須保持一定酸度。
含氧酸的命名﹕對於分子中只含一個成酸元素的簡單含氧酸﹐將其較為常見的一種稱某酸﹐其他含氧酸按成酸元素的氧化數較某酸高﹑低或有無過氧─O─O─結構而命名。例如氯酸HClO3(氯的氧化數為+5)﹑高氯酸HClO4(氧化數+7)﹑亞氯酸HClO2(氧化數為+3)﹑次氯酸HClO(氧化數+1)﹔又如HSO﹑HSO8中含有─O─O─鍵﹐稱過氧一硫酸﹑過氧二硫酸。兩個簡單含氧酸縮去一分子水後生成的酸稱焦酸(或稱一縮某酸)﹐例如﹕
也有用重作詞頭來命名的﹐例如﹕
簡單含氧酸脫去(全部)氫氧基而生成的基稱醯基﹐如─SO─稱硫醯基﹐CrOCl稱鉻醯氯。
若把含氧酸的化學式寫成MO(OH)(M為金屬)﹐就可以根據值來判斷常見含氧酸的強弱﹕
=0極弱酸﹐如硼酸H3BO3
⒈化學性質
酸一般有腐蝕性。弱酸在水溶液中存在電離平衡如下﹕
[HA]﹑[H+]﹑[A-]分別是HA﹑H+﹑A-的物質的量濃度﹐是弱酸HA的電離平衡常數。例如﹐298K時乙酸的電離常數為1.8×10-5﹐氫氟酸為7.2×10-4。電離平衡常數隨弱電解質的濃度和溫度有很小的變化。
在一定溫度下﹐弱酸的電離度因溶液變稀而增大﹐如0.10﹑1.0×10-3﹑1.0×10-4乙酸的電離度分別為1.34﹑13.4﹑42%﹐無限稀釋時完全電離。
多元弱酸的電離是分步進行的。例如﹐磷酸分三步電離﹐每步都有相應的電離平衡常數﹕
水是無機化合物極好的溶劑﹐離子能被水分子強烈吸引而穩定﹐酸中H+是裸露的質子﹐直徑為10-3皮米﹐能強烈地與水分子結合成H3O+。例如﹐水合高氯酸晶體HClO4.H2O實際上是由HO+和ClO4-組成﹐在水溶液中HO+和其他三個水分子結合成HO。目前常用H表示水溶液中的氫離子。
⒉酸度
1909年丹麥化學家S.P.L.索倫森建議用pH來表示[H+]。pH=-lg[H+]。
酸性[H+]〉[OH-]pH〈7
中性[H+]=[OH-]pH=7
鹼性[H+]〈[OH-]pH〉7
可用pH試紙或酸度計(pH計)來檢測溶液的pH值。
⒊套用用途
酸的用途很廣﹐許多工業和實驗室都要用酸﹐常用的有硫酸﹑鹽酸﹑硝酸。許多化學反應在水溶液中進行﹐pH值很重要。如將二氧化碳通入含Ca2+的溶液﹐能否得到碳酸鈣沉澱﹐取決於溶液的pH值﹐某些反應須在恆定的pH值下進行﹐為此常用弱酸(鹼)及其鹽的溶液作緩衝溶液。正常人的血液pH=7.4(其中含有HCO和HCO﹑HPO和HPO)﹐稍微變動就會生病。3.酸與物質的反應
1.與金屬反應:包括鐵(Fe+2HCl=FeCl2+H2)鋅(Zn+H2So4=ZnSo4+H2)等
2.與鹼反應:包括氫氧化鈉氫氧化鈣等
3.與鹽反應:包括碳酸鈣等
4.與氧化物反應:包括氧化鐵等