酸與鹼之特性,最早是用水溶液的實驗觀察來說明其性質。酸的定義是指一物質,其水溶液中具有酸味.使石蕊試紙變紅,可中和鹼的物質。而鹼的定義是指一物質,其水溶液具有澀味,能使石蕊試紙變藍,可中和酸的物質。
一. 酸、鹼的性質:
1. 酸通常具有下列共同的性質:
(1) 水溶液具有酸味。
(2) 在水溶液中能游離出氫離子(H+)。
(3) 酸和活性比氫大的金屬反應,會產生氫氣。
(4) 能使酸鹼指示劑呈現酸性時的顏色,例如使石蕊試劑由藍變紅。
(5) 酸能與鹼類發生中和反應,生成鹽與水,而失去其酸性。
2. 鹼的共同性質:
(1) 水溶液具有滑膩感,並有澀味。
(2) 在水溶液中能游離出氫氧根離子(OH–)。
(3) 能使酸鹼指示劑呈現鹼性時的顏色,例如使石蕊試劑由紅變藍。
(4) 鹼能與酸反應,生成鹽與水,而失去其鹼性。
二. 常見的酸、鹼物質:
工業上最常見的酸有硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCl)、磷酸(H3PO4)等無機酸,另外還有含碳、氫和氧的蟻酸(HCOOH)和醋酸(CH3COOH)等有機酸。最常見的鹼有氫氧化鈉(NaOH)、氨(NH3)、碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)等。
三. 酸、鹼理論:
1. 阿瑞尼士酸鹼學說
1887年,阿瑞尼士將酸、鹼加以定義,他認為酸是在溶液中游離或與水作用,產生氫離子的物質;鹼是在溶液中游離或與水作用,產生氫氧根離子的物質。例如:
酸的游離: HCl(aq) → H+(aq) + Cl–(aq)
CH3COOH(aq) → H+(aq) + CH3COO–(aq)
鹼的游離: NaOH(aq) → Na+(aq) + OH–(aq)
NH3(aq) + H2O(l) → NH4+(aq) + OH–(aq)
氫離子(H+)是代表酸的性質,氫氧離子(OH–)是代表鹼的性質,由酸與鹼反應產生鹽與水的過程,稱為中和反應。例如:
2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l)
式中CaCl2是鹼中的Ca2+與酸中的Cl–反應所生成的鹽。
2. 布忍司特-羅瑞酸鹼學說
1923年布忍司特(J.Bronsted)與羅瑞(T.Lowry)分別提出相同酸鹼的定義。其內容為:1.酸鹼反應是質子(H+)轉移的反應。2.在酸鹼反應中,提供質子者稱為酸,即質子授體;接受質子者為鹼,即質子受體。例如:
HCl(aq) + H2O(l) → H3O +(aq) + Cl–(aq) 反應中HCl提供質子後變為Cl–,故為酸;H2O接受質子後變為H3O +,故為鹼。
NH3(aq) + H2O(l) → NH4+(aq) + OH–(aq) 反應中氨(NH3)接受由水分子(H2O)所釋出的質子,而產生氫氧根(OH–)離子,故H2O為酸,NH3為鹼。
上述兩方程式中水可接受質子,也可釋出質子,即水分子既可成為鹼,亦可成為酸。
將布忍司特-羅瑞的酸鹼學說,應用在可逆反應時,酸鹼之反應即是一種酸和一種鹼反應後,產生另一種酸和鹼的過程,此種關係稱為酸鹼之共軛現象,其關係可以用下列通式表示:HA + B– → A– + HB 反應式中,由酸失去質子所產生的鹼,稱為該酸的共軛鹼,即A–是HA的共軛鹼。由鹼獲得質子所產生的酸,稱為該鹼的共軛酸,即HA是A–的共軛酸。故HA和A–是共軛酸鹼對。同理HB與B–也是共軛酸鹼對。
四. 酸、鹼命名:
1. 酸的命名:
(1)無氧酸: 無氧酸,大都是由氫與一種或兩種非金屬元素結合而成。在常溫、常壓下,無氧酸多為氣態分子,稱為「某化氫」。例如:HF(g)氟化氫、HCl(g)氯化氫、H2S(g)硫化氫、HCN(g)氰化氫。無氧酸分子若溶於水後,其水溶液則稱「氫某酸」。例如:HF(aq)氫氟酸、HCl(aq)氫氯酸、H2S(aq) 氫硫酸、HCN(aq) 氫氰酸。
(2)含氧酸: 含氧酸的分子中除氫及非金屬元素外尚有氧元素,常以其所含的元素而命名。例如:H2SO4硫酸、H2CO3碳酸、H3PO4磷酸、HClO3氯酸、HNO3硝酸(注意:H NO3稱為硝酸而非氮酸)等。部分非金屬元素可與氧形成多種含氧酸,氧化數低於酸者稱為「亞某酸」;氧化數低於亞某酸者稱為「次某酸」;氧化數高於酸者為「過某酸」。例如:氯的含氧酸有HClO3氯酸、HClO2亞氯酸、HClO次氯酸及HClO4過氯酸。另外,尚有偏某酸(例如:HPO3偏磷酸)、焦某酸(例如:H4P2O7焦磷酸)的命名。
2. 鹼的命名:
大多數的鹼是金屬的氫氧化物,因此化學家常以「氫氧化某」命名之。例如:NaOH稱為氫氧化鈉、Ca(OH)2稱為氫氧化鈣。若金屬有數種價數(或氧化態)時,可在其名稱內註記價數,例如:Fe(OH)3稱為氫氧化鐵(Ⅲ)或氫氧化鐵、Fe(OH)2稱為氫氧化鐵(Ⅱ)或氫氧化亞鐵,作為辨別。