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(有时用“HA”表示)的传统定义是当溶解在中时,溶液中氢离子的浓度大于纯水中氢离子浓度的化合物。换句话说,酸性溶液的pH值小于pH值(25℃时为水的pH值是7)。酸一般呈酸味,但是品尝酸(尤其是高浓度的酸)是非常危险的。酸可以和碱发生中和作用,生成。酸可分为无机酸有机酸两种。

酸的定义[编辑]

酸在化学中主要有以下三种定义:

  1. 阿伦尼乌斯酸。指的是溶解于时释放出的阳离子全部氢离子(H+化合物
  2. 布朗斯特-劳里(Brønsted-Lowry)酸。这种定义认为能提供质子粒子是酸,能接受质子的粒子是。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。
  3. 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的存在。参看酸碱电子论

酸的性质[编辑]

  • 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+)。
其他指示剂:
  • 蓝色石蕊试纸:酸能令蓝色石蕊试纸(一种能显示酸性的纸张)变成红色。
  • 甲基橙:当pH值是0至3.1,酸能令甲基橙由黄色变成红色;当pH值是3.1至4.4,酸能令甲基橙由黄色变成橙色。
  • 酸基本上对酚酞不会起颜色变化,维持无色,但当pH值小于0时,酚酞的颜色会转变成橙红色;在pH为0至8.2时为无色透明;在pH为8.2至12时为粉红色;在pH为12以上为无色。
  • 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:
稀酸能与活泼金属单质(如等)产生反应,生成氢气
稀酸 +金属→氢气 +盐
H2SO4 + Ca → H2↑ + CaSO4
H2SO4 + Mg → H2↑ + MgSO4
H2SO4 + Fe → H2↑ + FeSO4
H2SO4 + Zn → H2↑ + ZnSO4
2HCl + Ca → H2↑ + CaCl2
2HCl + Mg → H2↑ + MgCl2
2HCl + Fe → H2↑ + FeCl2
2HCl + Zn → H2↑ + ZnCl2
  • 稀酸不会和等金属反应。稀硝酸和金属的反应比较特别,它会和金属产生氧化还原反应,生成一氧化氮NO(无色气体)而不会产生氢气(极稀的硝酸会和金属缓慢反应产生少量的氢气这点至今仍未被证实)。因此在工业中很少用硝酸直接与金属接触制备硝酸盐,多利用置换反应制造。
  • 要注意的是金属单质Pb和稀酸(特别是硫酸H2SO4和盐酸HCl)的反应中,基于铅的活性较低,起初反应速度十分缓慢,而这反应还会在很短时间内停止。因为氯化铅PbCl2硫酸铅PbSO4也是不水溶性的固体,它会覆盖在金属铅表面形成保护膜阻止了金属铅与酸反应,而令该反应逐渐停止。
  • K和Na由于太过活跃,会和水产生危险的爆炸性反应,因此工业上不会利用此方法制备钾盐和钠盐。
  • 虽然也是十分活跃,但它一暴露在空气中就会与空气中的氧气生成致密氧化物保护膜,也会阻止了之后酸和金属铝的接触反应,所以金属铝不在此列。铝能够与稀的强酸(如稀盐酸,稀硫酸等)进行反应,生成氢气和相应的铝盐。在常温下,铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化,不与它们反应,所以浓硝酸是用铝罐(可维持约180小时)运输的。
酸 +碱→盐 +水。主要是因为酸中的氢离子(H+)和中的氢氧根离子OH结合成水(H2O),是复分解反应
HCl + NaOH → H2O + NaCl
H+ + OH → H2O
酸 + 金属氧化物→水 + 盐
2H+ + O2− → H2O
2HCl + CuOCuCl2 + H2O
H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O
碳酸盐 +稀酸→盐 +二氧化碳 +水
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O
Na2CO3 + H2SO4Na2SO4 + CO2 + H2O
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
CaCO3 + H2SO4CaSO4 + CO2 + H2O
碳酸氢盐 +稀酸→盐 +二氧化碳 +水
NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2↑ + H2O
2NaHCO3 + H2SO4Na2SO4 + 2CO2↑+ 2H2O
Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2↑ + 2H2O
Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2CO2↑ + 2H2O
酸 +盐→新盐 +新酸(强酸弱酸
2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + H2O + CO2
H2SO4 + Ba(ClO3)2BaSO4 + 2HClO3

食物中的酸[编辑]

所有存在于天然食物中的有机酸都是弱酸。

酸性与氢离子的关系[编辑]

  • 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[编辑]

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。

HCl → H+ + Cl
HNO3 → H+ + NO3
HNO2 → H+ + NO2
H2SO4 → 2H+ + SO42−
H2SO3 → 2H+ + SO32−
H2CO3 → 2H+ + CO32−
H3PO4 → 3H+ + PO43−
H8C6O7 → 3H+ + H5C6O73−

除一元酸以外的酸都称为二元酸或多元酸

浓酸的危险性[编辑]

  • 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:
  • 浓氢氯酸含35%氯化氢分子,浓度约为11M,是无色液体,具高度挥发性和腐蚀性。
  • 浓硝酸含70%HNO3分子,浓度约为16M,是无色液体(但很多时候因有分解反应令浓硝酸溶有红棕色的二氧化氮),具高度挥发性,易分解出有毒的二氧化氮气体,硝酸有极强氧化性,因此造成极强腐蚀性。自我分解反应如下:4 HNO3 → 2 H2O + 4 NO2 + O2
  • 浓硫酸含98%硫酸分子,浓度约为18M,是无色油状液体,不具挥发性,但具极强的腐蚀性、氧化性和脱水性

处理浓酸要注意的地方[编辑]

  • 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[编辑]

强酸[编辑]

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[1];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,诸如玻璃及除了以外的所有金属[2]

强酸在水溶液中完全离解化学方程式如下所示:

HA(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + A(aq)

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:

[HA] = [H+] = [A];pH = −log[H+]

酸性强度的判别[编辑]

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:

  1. 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。
  2. 原子半径:原子半径增加,其酸度也会增加。以氢氯酸氢碘酸为例,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)。
  3. 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[编辑]

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[3]

定义

式中分别代表氢离子氢氧根离子物质的量浓度

优势

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[编辑]

(从最强到最弱)

超强酸[编辑]

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):

参考[编辑]

  1. ^ Christopher A. Reed. Carborane acids. New "strong yet gentle" acids for organic and inorganic chemistry (Full article (reprint)). Chem. Commun.: 1669–1677. doi:10.1039/b415425h. 
  2. ^ Strachan, John. A deadly rinse: The dangers of hydrofluoric acid. Professional Carwashing & Detailing. January 1999 [2008-04-30]. (原始内容存档于2008-04-09). 
  3. ^ Why Not Replace pH and pOH by Just One Real Acidity Grade, AG? - Journal of Chemical Education July 1999 Vol. 76 No. 7 p. 892

参看[编辑]