雙質子酸、含氧酸、有機酸和鹵化氫酸

化學原理啟迪162

徐弘毅：

1.      硫酸是「雙質子酸diprotic acid」，這種酸有2個質子。硫酸H2SO4是強酸，幾乎100%游離於水中；「硫酸氫根離子HSO4^－」是弱酸。為什麼？

2.      「硫」與4個「氧」共價鍵結的「電子」，總共是8顆，加上硫自己尚有2個「價電子」，總共有10個電子在「價電殼層」，遠超出需求。這些多餘的「電子」，為什麼可以分佈在「硫」身上，而不會讓分子系統瓦解呢？

3.      可能：1.「硫」原子的體積大，容許多餘2個的「電子」在表面移動。2.「氧」的「陰電性」強，「共價電子」並沒有那麼靠近「硫」，所以「硫」價電殼層10個「電子」的電量，大約等於8個「電子」的電量。

4.      3.多餘的2個「電子」被2個只與「硫」鍵結的「氧」吸走，滿足這2個「氧」「價電殼層」需要8個「電子」的需求。

5.      硫酸中的「氧」分二類，一、只與「硫」鍵結。2.同時與「硫」和「氫」鍵結。

6.      因為「氧」的陰電性強，同時與「硫」和「氫」鍵結的「氧」，會把「共價電子」都吸引到自己身上，這對「硫」沒有什麼差別，因為它夾在一堆「氧」中間，但是「氫」的位置在分子的最外面。

7.      「硫酸」分子的「氫」，很容易受到外力衝擊而動搖，如果「電子」遠離「氫」的「原子核」，遇到其他分子的吸引或撞擊，就只能單獨讓「原子核」脫離，也就是吐出「質子」。

8.      為什麼要「硫酸」吐出1個「質子」很容易，要吐出第2個「質子」很難？

9.      可能是因為失去1個「質子」之後，硫酸分子系統的「電子」變得太多，大量的「電子」在分子表面來回流動，因而牢牢吸引、困住剩餘的那一個「氫原子核/質子」。

10.  大部分的酸是「含氧酸oxyacids」帶來酸性的「質子proton」是吸附在「氧O」原子上。例如強酸有硫酸[H2SO4(aq)]、硝酸[HNO3(aq)]和 過氯酸[HClO4(aq)]。弱酸磷酸phosphoric acid（H3PO4），硝酸(HNO3)和次氯酸(HOCl)，也都是氧化物。為什麼這麼巧？

11.  這些「氧化物」會拋出「質子」，是因為「氧」的陰電性強，與「氧」鍵結的「氫」，它的「電子」會被「氧」吸引過去，遠離「氫」的「原子核/質子」。

12.  由於氧化物的「氫」，早已失去自己的「電子」，一旦遇到外力碰撞，「氫」的「原子核/質子」很容易單獨脫離，也就是解離出「質子H⁺」。

13.  有機酸的「羧基carboxyl group」，也是「氧」與「氫」鍵結「COOH」，「氫」的電子被「氧」吸引，很容易單獨讓「原子核/質子」脫離出去。

14.  「鹵化氫酸 HX」，「氫」連接在「鹵素」上，為什麼這樣也很容易變成「酸」呢？因為鹵素F、Cl、Br、I也會搶奪鍵結原子「氫」的電子。

15.  鹵素有能力搶奪電子的原因是 ：1.鹵素「價電子殼層」的電子數是7顆，缺1顆電子「價電殼層」就填滿，因此它與「氫」鍵結的時候，會把「氫」的「鍵結電子」搶奪過來，滿足自己「價電殼層」的需求。2.鹵素具有相當強度的「陰電性」，會吸引「電子」，「氟F」的陰電性更高於「氧」。

16.  無論是「含氧酸」、「有機酸」、「鹵化氫酸」，它們與「氫H」形成的化學鍵都是極性共價鍵，「共價電子」偏向遠離「氫」的位置，因此，一旦分子受到外力的碰撞或吸引而脫離，「氫」很容易捨棄電子，以「原子核/質子」的形式單獨脫離，而成為「質子」提供者：酸。