酸和碱gydF4y2Ba
酸和碱是常见的化学物质,它们相互作用,并与水发生反应。因此,它们在生物、工业和环境方面都很重要。gydF4y2Ba
碱是苦的,摸起来很滑。常见的碱有玻璃清洁剂(氨)、抗酸药片(碳酸)、小苏打(也是碳酸)和牙膏(氟化物)。gydF4y2Ba
酸的味道通常是酸的。酸也与一些金属反应,释放gydF4y2Ba 气体和造成腐蚀。常见的含酸物质包括橘子(柠檬酸)、醋(醋酸)、阿司匹林(乙酰水杨酸)、汽车电池(硫酸)和酸雨(硫酸和硝酸)。gydF4y2Ba
许多生物分子也是酸或碱,尽管它们的结构可能更复杂,一开始很难识别。嘌呤和嘧啶gydF4y2BaDNAgydF4y2Ba是碱,而膳食脂肪是酸。gydF4y2Ba
酸或碱的强度取决于它的电离能力。强酸和强碱完全电离。当它在水溶液中达到平衡时,原来的分子都不存在了。弱酸和碱达到平衡时,大多数分子保持原来的形式。gydF4y2Ba
分解的硝酸,一种强酸。gydF4y2Ba
氢氟酸是一种弱酸。gydF4y2Ba
内容gydF4y2Ba
定义gydF4y2Ba
酸和碱的第一个现代定义写于19世纪末。下gydF4y2Ba阿伦尼乌斯的定义gydF4y2Ba,酸产生质子,gydF4y2Ba 而碱是任何能产生氢氧根离子的物质,gydF4y2Ba .当酸和碱相互反应时,产物总是盐和水。gydF4y2Ba
盐酸(强酸)和氢氧化钠(强碱)的解离和反应如下图所示。gydF4y2Ba
虽然酸的这个简单定义是有用的,但它也有局限性,因为它只适用于发生在水中的反应和产生质子或氢氧根离子的化合物。在许多不符合这些要求的系统中,可以观察到酸性或碱性行为。gydF4y2Ba
20世纪20年代,人们提出了对酸的一个更普遍的定义。gydF4y2BaBrønsted-LowrygydF4y2Ba酸是提供质子的物质,碱是接受质子的物质。Brønsted-Lowry酸和碱必须始终被识别为agydF4y2Ba共轭副gydF4y2Ba因为电子从一种物质移动到另一种物质。gydF4y2Ba
考虑下面的方程:gydF4y2Ba
这是阿伦尼乌斯定义的酸碱反应吗?gydF4y2Ba
不。gydF4y2Ba 是酸,但没有形成碱吗gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
在Brønsted-Lowry定义下,这是一个酸碱反应吗?gydF4y2Ba
是的。有两种共轭酸碱对:gydF4y2Ba 氨,gydF4y2Ba 它是碱,因为它接受一个质子形成它的共轭酸,铵离子gydF4y2Ba .gydF4y2Ba另一个反应物,gydF4y2Ba 是阿伦尼乌斯酸和溴ønsted - lowry酸。其共轭碱是gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
的gydF4y2Ba刘易斯的定义gydF4y2Ba酸和碱的定义几乎与Brønsted-Lowry的定义同时发表。它与Brønsted-Lowry的定义非常相似,除了Lewis的定义依赖于电子的运动而不是质子。路易斯酸接受一个电子对。路易斯碱提供一个电子对。刘易斯的定义是酸和碱最广泛的定义。gydF4y2Ba
有没有不属于路易斯酸的Brønsted-Lowry酸?gydF4y2Ba
不。每一个Brønsted-Lowry酸(一种捐赠的物种gydF4y2Ba )也符合路易斯酸(一种接受电子的物质)的定义。同样,所有的Brønsted-Lowry碱都是Lewis碱。gydF4y2Ba
有没有不是Brønsted-Lowry酸的路易斯酸?gydF4y2Ba
是的。gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 是两种可以接受电子但没有质子的物种(gydF4y2Ba )在反应期间捐赠。gydF4y2Ba
的gydF4y2BaUsanovichgydF4y2Ba由于有几个因素,理论是使用最少的,因此鲜为人知,但对于解释涉及oxirreduçao的酸碱反应非常重要。俄国化学家内斯塔理论认为gydF4y2Ba酸gydF4y2Ba以及任何可以提供电子,接收负离子和质子的化合物gydF4y2Ba基地gydF4y2Ba任何能接收电子、阳离子和质子的化合物。gydF4y2Ba
水合氢离子gydF4y2Ba
而通常会看到酸解离的产物写成gydF4y2Ba 在美国,质子在溶液中过于活跃,无法单独存在。它们与水结合形成gydF4y2Ba水合氢离子gydF4y2Ba.的分离gydF4y2Ba 更准确的写法如下。gydF4y2Ba
对或错:上述等式等价于写作gydF4y2Ba
真实的。gydF4y2Ba看起来我们又多了一个反应物(水)和生成物(氢氧根),但我们马上就会看到,在整个平衡反应中,这些物质可以被忽略。gydF4y2Ba
对或错:在蒸馏水的烧杯中,所有的水分子都以这种形式存在gydF4y2Ba
假的。gydF4y2Ba纯净水不仅含有gydF4y2Ba .水不断地发生化学反应,一个水分子充当酸,另一个水分子充当碱,叫做gydF4y2Ba自体溶解gydF4y2Ba.gydF4y2Ba
的浓度gydF4y2Ba 在纯水中大约是gydF4y2Ba 摩尔每升在室温下,也就是gydF4y2Ba .gydF4y2Ba
由于自水解在任何水溶液中都是一个恒定的过程,所以在简单的酸碱问题中可以忽略它(或认为它是一个单独的反应)。gydF4y2Ba
解离常数和pH值gydF4y2Ba
在土壤、水、工业过程、各种类型的废物和人体等地方,氢离子的浓度受到密切监测。溶液中氢离子的浓度通常很小,但在某一时刻会迅速变化gydF4y2Ba指数gydF4y2Ba率。因此,对数刻度在量化这些变化时很有用。gydF4y2Ba
氢离子浓度测量为pH值,定义为:gydF4y2Ba
同样,氢氧根也可以用pOH尺度来测量。gydF4y2Ba
自体溶解,也叫做gydF4y2Ba自电离gydF4y2Ba,包括水分解成氢和氢氧根。把这个方程写成最简单的形式,结果如下:gydF4y2Ba
这个反应是gydF4y2Ba化学平衡gydF4y2Ba解离常数gydF4y2Ba千瓦gydF4y2Ba.gydF4y2Ba
改写为对数形式:gydF4y2Ba
纯水的pH值是多少?gydF4y2Ba
每有1mol的水分解,就会生成1mol的氢离子,同时生成1mol的氢氧根离子。gydF4y2Ba
pH指示剂是在不同水合氢离子浓度下会改变颜色的染料。液体和纸质版本都有,基于卷心菜的pH指示剂也可以gydF4y2Ba自己在家做gydF4y2Ba.有些可以在特定的pH值下改变颜色(例如,表示溶液从酸性变为碱性),而另一些可以显示颜色光谱,测量pH值从1到14。gydF4y2Ba
pH值尺度在环境科学中是有用的。河流中的水的pH值在6到9之间。如果一条河流的pH值发生变化,测量它的人不仅知道污染物的存在,还知道它是什么。大多数动物及其卵或幼虫只能在一定的pH值范围内存活。如果河流的pH值发生变化,生态学家可以很好地预测哪些动物会受到负面影响,哪些新物种可能会迁入该地区取代它们。gydF4y2Ba
参考文献gydF4y2Ba
[1]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PollutiongydF4y2Ba-gydF4y2Ba损坏的gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba酸雨。jpg在知识共享许可下重用和修改。gydF4y2Ba
[2]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PHgydF4y2Ba指示器gydF4y2Ba在知识共享许可下重用和修改paper_roll.jpg。gydF4y2Ba
[3]图片来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ColoredgydF4y2BapH值gydF4y2Baindicator_(圆圈).png在知识共享许可下重用和修改。gydF4y2Ba