各位同學 你還記得國中時曾討論過酸性物質與鹼性物質的通性嗎？ 我們知道酸性物質水溶液的pH值小於7 可讓藍色石蕊試紙呈現紅色 可與活潑金屬反應產生氫氣 可與大理石反應產生二氧化碳 甚至於像是食用醋、檸檬等酸性食物 嚐起來會有酸酸的味道 而鹼性物質呢？ 其水溶液的pH值大於7 可讓紅色石蕊試紙呈現藍色 可與油脂進行反應 酸與鹼其實是日常生活中常會接觸到的化學物質 酸與鹼的概念是怎麼發展出來的？ 有哪些酸鹼的理論？ 另外 酸鹼還有哪些性質呢？ 早在希臘城邦時期 人們就對物質開始感到好奇 並嘗試對物質進行分類 在他們以「品嚐」的方法嚐過各式各樣的物質後 將物質分為「酸」、「苦」、「鹹」、「甜」四類 但他們對酸性物質的定義 僅止於嚐起來酸酸的而已 到了文藝復興時期 歐洲的煉金術士大量崛起 他們也對酸有更深入的瞭解 他們發現酸可加速某些金屬的腐蝕 並且可以溶解某些岩石 17世紀初期 科學家波以耳發現 如果從紫羅蘭、蘚苔等鮮豔植物中提取染料 當這些染料碰到酸或鹼 會呈現出不同的顏色 這是科學上最初始辨認酸鹼的方法 這個方法也為科學家們開闢了一條認識酸鹼的新道路 我們除了藉由這個方法 粗略的辨識酸與鹼 也可以粗略的判別出酸鹼強度 到了20世紀初期 著名的瑞典化學家阿瑞尼斯 透過分析多種不同物質的濃度高低 與水溶液導電度大小的關係 提出了「解離說」 說明水溶液中離子產生的現象 以及解釋為什麼有些固態的物質不導電 但溶於水形成溶液後卻可以導電 很可惜的是當時科學界普遍認同的理論為道耳吞的原子說 因此接受「原子不可分割」的論述 所以難以接受阿瑞尼斯的概念 但解離說最終獲得科學界的認同 且成功的建立出第一套完整的酸鹼理論 阿瑞尼斯也以上述的研究成果 獲得了1903年諾貝爾化學獎的肯定 阿瑞尼斯的解離說提出了電解質溶於水之後 可解離成帶正電荷的陽離子與帶負電荷的陰離子 其中酸性物質在水中可以解離出氫離子 鹼性物質在水中可以解離出氫氧根離子 而諸多酸鹼物質中 能百分之百解離者稱為強酸或強鹼 不能百分之百解離者則稱為弱酸或弱鹼 在阿瑞尼斯酸鹼理論中 能解離出氫離子者為酸 由鹽酸的解離反應方程式可知 氯化氫氣體溶於水後 可解離出氫離子 故為酸性物質 同理 我們也可以寫出硝酸與硫酸的解離方程式 而上述三種酸於水溶液中解離度均為百分之百 故均為強酸 但對醋酸來說 因為其解離度只有約百分之三至百分之五左右 僅部分發生解離 所以醋酸為弱酸 倘若於水中可以解離出1個氫離子者 我們稱為單質子酸 或一元酸 例如鹽酸、硝酸或醋酸 若於水中可解離出兩個氫離子者 我們稱為二質子酸或二元酸 例如硫酸、碳酸 同理 於水中可解離出3個氫離子者 我們稱為三質子酸或三元酸 例如磷酸 另外鹼也是相同的道理 對鹼性物質而言 能解離出氫氧根離子者為鹼 例如 氫氧化鈉為常用的鹼 其解離反應方程式如畫面所示 因其解離度為百分之百 故為強鹼 但對氨而言 其解離度僅約百分之三至百分之五 故氨為弱鹼 同樣地 可以解離出1個氫氧根離子的鹼 稱為單元鹼 可以解離出兩個氫氧根離子者 稱為二元鹼 三個氫氧根離子者則稱為三元鹼 在溫度25度C的水溶液中 若水溶液中氫離子濃度大於10的負7次方M 氫氧根離子小於10的負7次方M者 為酸性水溶液 若氫離子和氫氧根離子濃度均為10的負7次方M 則為中性水溶液 如果氫離子濃度小於10的負7次方M 氫氧根離子大於10的負7次方M 則為鹼性水溶液 阿瑞尼斯酸鹼理論也對「酸鹼中和反應會放出熱」的現象提出解釋 他認為強酸如鹽酸在水中 會解離出氫離子與氯離子 而強鹼如氫氧化鈉在水中 則會解離出鈉離子與氫氧根離子 若將強酸與強鹼在水中混合進行反應後 鈉離子與氯離子傾向形成自由離子 但氫離子則會與氫氧根離子結合 形成解離度極低的水分子 當氫離子與氫氧根離子結合 所釋放的能量即為酸鹼反應的中和熱 常見的阿瑞尼斯酸包含硝酸、硫酸、鹽酸、醋酸、碳酸 而阿瑞尼斯鹼則有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣、氨 其中我們可以發現 氧化鈣與氨的化學式中並沒有出現氫氧根離子 那他們還可以算是阿瑞尼斯鹼嗎？ 其實可以喔！ 因為阿瑞尼斯鹼的定義為 溶於水後可解離出氫氧根離子者 畫面上是氧化鈣與氨溶於水的反應方程式 兩者溶於水後確實可解離出氫氧根離子 所以他們也算是阿瑞尼斯鹼喔 下列有關阿瑞尼斯的酸鹼理論 何者敘述錯誤？ 學習完有關阿瑞尼斯的酸鹼理論後 最後來做個重點整理吧 阿瑞尼斯的解離說 說明了電解質溶於水之後可解離出陽離子與陰離子 酸性物質在水中可以解離出氫離子 鹼性物質在水中可以解離出氫氧根離子 能百分之百解離者稱為強酸或強鹼 不能百分之百解離者稱為弱酸或弱鹼 將強酸、強鹼在水中混合進行反應後 氫離子會與氫氧根離子結合 釋放出的能量即為酸鹼反應的中和熱 同學們 這一個單元 你是否都學會了呢？ 歡迎在影片下方留言區告訴我們你的心得 我們下次見