酸與鹼 Acids and Bases

化學原理啟迪159

1.      這一章將討論二種非常重要的化合物：酸與鹼。我們要探討酸與鹼這二種化合物的交互作用，應用化學平衡理論來解釋酸鹼系統在反應中的質子轉移。

2.      我們的生活中常常遇到各式各樣重要的酸鹼化學。我們的身體有一個複雜的系統控制血液的酸鹼，因為只要身體的酸鹼有一點點不平衡就會導致嚴重的疾病與死亡。

3.      其他生物的身體對酸鹼也是一樣敏感。如果你曾經養過熱帶魚或金魚，你就知道監控好魚缸水的酸性是多麼地重要。

4.      酸與鹼在工業上也十分重要。舉例來說，美國每年使用大量的硫酸來製造肥料、聚合物、煉鋼以及其他的材料。

5.      近幾年美國、加拿大和歐洲的酸雨現象，使得「酸」對生態的影響格外受到關注。酸雨的問題非常棘手，6因為這個問題牽涉到外交與經濟發展的問題。

6.      【酸與鹼的特性】我們對「酸acid」的第一印象是，嚐起來酸酸的東西。醋嚐起酸酸的，因為它溶解了「醋酸acetic acid」；「檸檬酸citric acid」是檸檬有酸味的原因。

7.      「鹼bases」又稱為「alkalis」，特性是苦味和滑膩感。用來疏通排水管的化學藥劑就是強鹼。

8.      第一個發現酸鹼特性的人是「阿瑞尼士Svante Arrhenius」。依據他的電解質實驗，「酸」會製造「氫離子H⁺」到溶液中，「鹼」會在溶液中製造「氫氧根離子OH^－」。

9.      阿瑞尼士定義的酸鹼，是邁向量化的酸鹼化學的第一步，但是這個觀念的限制是，它只能解釋溶液，並且涵蓋其中一種「鹼」－「氫氧根OH^－」。

10.  後來，丹麥化學家布忍斯特和英國化學家勞萊在1923年，提出涵蓋範圍更廣的定義。「布忍斯特-勞萊定義 Bronsted-Lowry definition」認為：「酸」是質子的提供者，「鹼」是質子的接受者。

11.  舉例來說，當氣體的氯化氫HCl溶解在水中，每個「氯化氫HCl」分子會提供一個「質子proton」給「水H2O」分子，所以，「氯化氫HCl」符合「布忍斯特-勞萊 酸 Bronsted-Lowery acid」的定義。接受質子的分子－「水H2O」－是「布忍斯特-勞萊 鹼 Bronsted-Lowery base 」。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

 

徐弘毅：

1.      有些東西嚐起來酸酸的，有些東西嚐起來苦苦、滑滑的，為什麼會有這樣的差別？需要一個判斷的標準。

2.      首先，無論是「酸的」或「鹼的」溶液，它們都有一個共通點：「可以通電」，阿瑞尼士把這個共通性解釋為，溶液中含有「電解質」。

3.      電解質能導電，應該是因為它們帶正電或負電，也就是說，酸性物質和鹼性物質溶解到水中之後，很可能拋出帶正電或負電的東西。

4.      阿瑞尼士研究之後認為，「酸」會製造「氫離子H⁺」到溶液中，「鹼」會在溶液中製造「氫氧根離子OH^－」。

5.      但是這個定義涵蓋的範圍不夠廣，有些溶液雖然沒有「氫氧根離子OH^－」，但仍然有鹼性的特性，所以，布忍斯特與勞萊重新修正定義：「酸」是質子的提供者，「鹼」是質子的接受者。

6.      所有的定義、定理都是依據目前已知的事實建立，因此，一旦發現更多新的事實與規則，超過原本的認知，那麼，就要修正理論，建立更正確的定義、定理。

7.      所有公認的定理都應該認真思考，確定真實就應該當成信仰，努力實踐，但是我們也應當瞭解，所有的定理都可以推翻，依據新的事實重新建立對真理的信仰。