各位同學 前一支影片我們介紹了阿瑞尼斯酸鹼理論 與布忍斯特-洛瑞酸鹼理論 我們知道阿瑞尼斯的理論是以解離說為根基 對酸鹼的定義為 在水溶液中能解離出氫離子為酸 能解離出氫氧根離子為鹼 且能幾乎百分之百解離者為強酸、強鹼 若解離度未達百分之百 則為弱酸、弱鹼 布忍斯特-洛瑞的酸鹼理論則是定義 「能提供質子者為酸 能接受質子者為鹼」 提供質子的趨勢越大者 為越強的酸 接受質子的趨勢越大者 為愈強的鹼 且強酸的共軛鹼為弱鹼 弱酸的共軛鹼為強鹼 同學可能會很好奇 酸鹼的強弱是否有特定的排序？ 我們應該如何比較或判斷酸鹼的強弱呢？ 在阿瑞尼斯的理論中 是以酸的解離常數來表示酸的強弱 相對而言 鹼的強弱就可以用鹼的解離常數來表示 我們可以依據解離常數的大小 把酸與鹼的強度排序出來 解離常數會在之後的影片詳加解釋說明 在布忍斯特-洛瑞的理論中 酸的強弱必須比較其失去質子的傾向 至於鹼的強弱 就必須比較其得到質子的傾向 例如 如果想知道HA與HB的酸性強弱 我們可以比較 HA與HB哪個失去質子的能力比較強 但是要怎麼比較呢？ 以畫面中的反應為例 若HA將質子轉移給B離子的傾向較大 表示HB將質子轉移給A離子的傾向比較小 因此可以知道HA的酸性大於HB 若以鹼的觀點來看 如果B離子接受HA放出質子的傾向較大 就表示A離子接受HB放出質子的傾向比較小 所以可以知道B離子的鹼性大於A離子 也就是強酸的共軛鹼為弱鹼 弱酸的共軛鹼為強鹼 反之 若HB將質子轉移給A離子的傾向較大 表示HA將質子轉移給B離子的傾向較小 因此可以知道HA的酸性小於HB A離子的鹼性大於B離子 根據科學家們的研究 常見的酸鹼強弱順序關係如畫面所示 由表中我們可以發現 越強的酸 其共軛鹼為越弱的鹼 反之 越弱的酸 其共軛鹼為越強的鹼 這個道理其實很簡單 試想 什麼叫做強酸呢？ 強酸就是失去質子的傾向非常的強 因此失去質子後的陰離子 接收質子的傾向就會變得非常弱了 但弱酸呢？ 整個分子中失去質子的傾向較弱 因此失去質子後的陰離子 接收質子的傾向不就會變得比較強了嗎？ 另外我們可以發現酸性比鋞離子大者 在水中可完全解離 稱之為強酸 依照強度依序為過氯酸、氫碘酸、氫溴酸、氫氯酸、硫酸與硝酸 其中過氯酸是這些強酸中最強的 另外我們特別針對氫鹵酸的酸性強度 探討造成此排序的可能原因 其中常見的氫鹵酸包含了氫氟酸、氫氯酸、氫溴酸與氫碘酸 其酸性的強弱如畫面所示 為什麼氫鹵酸的酸性強度是如此呢？ 我們可以由分子結構的差異來進行思考 四者分子結構相似 最大的不同點為鹵素原子的半徑 其中碘原子的半徑最大 溴原子次之、再者為氯原子 而氟原子為四者中最小 鹵素原子半徑大小 影響到鹵素原子與氫原子間共價鍵的強度 鍵長越長的共價鍵 其鍵能越小 所以越容易斷鍵 進而發生解離的現象 但為什麼氫氟酸的強度會遠低於其他鹵素酸呢？ 還記得之前我們曾介紹過氫鍵嗎？ 氟化氫具有分子間氫鍵 因此會一個一個接在一起 這會影響質子的解離 然而除了氫氟酸之外 其餘的鹵素酸均不具有分子間氫鍵 因此氫氟酸的酸性 要比其它氫鹵酸要弱上許多 除了氫鹵酸外 我們亦常比較鹵素含氧酸的酸性強弱 例如 氯酸、溴酸與碘酸 其酸性強弱如畫面所示 為什麼會有這樣的順序呢？ 由分子模型我們可以知道 三者均為含氧酸 酸性之質子均接在氧原子上 儘管三個分子之氫氧鍵鍵長相同 但中心原子的電負度不同 三者中以氯酸之中心原子吸引電子的傾向最強 導致電子密度集中於中心原子 使得外圍氫原子電荷密度較低 因此較容易以質子的方式解離 故其酸性較大 除此之外 我們亦可發現硫酸的酸性大於硫酸氫根離子的酸性 同樣的現象也發生在碳酸 碳酸的酸性強度亦大於碳酸氫根的酸性強度 這個現象可用庫侖靜電力的概念來解釋 當中性分子解離出質子後 我們可視為正1價的質子與負1價的陰離子團相吸 其吸引力會小於第二個氫離子與負2價的陰離子團相吸之引力 所以多質子酸解離出的第一個質子的傾向 會大於第二個質子解離的傾向 會大於第三個質子解離的傾向 另外 氯的含氧酸有過氯酸、氯酸、亞氯酸與次氯酸 酸性強度以過氯酸最強、次氯酸最弱 為什麼會有這樣的強弱排序呢？ 在這四種氯的含氧酸中 我們可推算中心氯原子的氧化數分別為 +7、+5、+3以及+1 中心原子的氧化數愈高 對電子的吸引力愈強 故酸性愈高 另外 如果中心原子連結越多的氧原子 會造成中心原子吸引電子的能力越強 故越容易失去質子 其酸性也就越強 同樣的道理也可在硫酸與亞硫酸、硝酸 與亞硝酸上發現相同的趨勢 至於鹼的強度 我們可根據不同的酸鹼理論來進行討論 一為阿瑞尼斯的理論 由解離趨勢來探討 二為布忍斯特-洛瑞的酸鹼理論 由接收質子的傾向來考慮 在阿瑞尼斯理論中 大多數金屬氫氧化物均為鹼 因其為離子化合物 所以溶於水者必可百分之百解離 故可稱這些金屬氫氧化物為強鹼 至於水溶液中的氫氧根離子濃度大小 則受到金屬氫氧化物溶解度的影響 若以布忍斯特-洛瑞的學說來看 接收質子者為鹼 因此接收能力越強者 就是越強的強鹼 試想在氨分子中 哪個部分可以和帶正電荷的質子結合呢？ 當然就是孤電子對囉 所以孤電子對與質子的結合趨勢越強 其鹼性就越大 不過 前面提過「共軛酸鹼對」的概念 強鹼的共軛酸必為弱酸、弱鹼的共軛酸必為強酸 因此 我們也可先比較共軛酸的酸性強弱 即可推得共軛鹼的鹼性強度囉 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 同學們 這一個單元 你是否都學會了呢？ 我們下次見