酸是一個定義相對複雜的東西,要根據體系來看。 大家最早接觸酸的化學概念,是中學,整個中學階段對酸的定義僅限於水中電離出的陽離子僅為氫離子,物質酸性只能在水溶液中衡量。基於這個體系,最強的酸就是水的陽離子,也就是水合氫離子。這裡肯定有小朋友說了,不對,老師教的強酸只有鹽酸硫酸硝酸高氯酸。但是請想一下,在稀的水溶液當中,強酸分子是不存在的,只存在氫離子和對應酸根陰離子以及溶劑水。事實上高中就告訴大家,所謂的電離,實際上是強酸跟水反應,將水質子化的過程。中學階段所謂強酸,是那些全部的分子都可以將水質子化,同時自己變成相應陰離子的物質。弱酸給出質子的能力沒有那麼強,因此只能有一部分給出質子,表現為部分電離。 然而酸不僅可以在水中電離。設想一下,高氯酸和鹽酸在稀水溶液中的酸性明明一樣,這在大學裡叫做拉平效應,水是高氯酸和鹽酸的拉平溶劑,高氯酸酸性強於鹽酸的結果是怎麼得到的呢?答案是,在其他溶劑之中。如果我們把酸的定義擴充套件一下,能夠將溶劑質子化,同時自身形成相應陰離子的物質,那麼在乙醇,乙酸當中就也可以表現酸性。事實上,常見無機強酸在乙酸當中都不能完全電離,也就是將溶劑乙酸質子化,這時候它們的酸性就可以區分了,在大學裡這叫區分效應,乙酸就是無機強酸的區分溶劑。值得注意的是,溶劑並不一定和酸是不同物質,比如硫酸,它能夠質子化自身,濃硫酸中存在H3SO4+,同時自身形成中學學過的硫酸氫根離子。濃硫酸中水很少,因此不滿足高中對酸的定義,高中老師會說濃硫酸不體現酸性,那只是在高中階段而已。事實上濃硫酸的吸水性和脫水性本質上也可以理解為它的酸性的一種體現,一旦有水它就要與之反應,而且濃硫酸中硫酸分子的數量遠遠多於水分子。只是侷限於高中定義,硫酸的酸性沒法體現出來,絕對不能說濃硫酸就是弱酸性物質了,它的酸性也很強。 所以現在,酸的定義就變成了可以給出質子,並將其他物質質子化的物質,所謂酸性,也就是將其他物質質子化的能力。按照這一標準,目前已經知道的最強的酸是氟銻酸HSbF6,這只是一個化學表示式,其實並不存在這個分子。它是將SbF5溶於HF當中製得的,其中所有的氫離子完全電離,而且沒有溶劑化,幾乎是完全裸露的質子,因而其酸性強到一般的容器無法承受它的腐蝕性,常見材料只有氟樹脂,也就是聚四氟乙烯可以用來盛放。 前面對酸的定義都離不開質子也就是氫離子,實際上酸不一定要跟氫離子掛鉤,否則很多物質,例如氯化銅,它明明具有酸性,這表現為它的水溶液也是酸性的,但是自身有沒有氫,也就不存在給出質子的能力了。這樣的物質,我們把它稱之為路易斯酸,它的共性是具有空的電子軌道,表現酸性的形式是強行接收其他物質的孤對電子,這是最為廣泛的一種對於酸的定義。具有空軌道的孤對電子受體,被稱作路易斯酸,孤對電子供體,被稱作路易斯鹼。氯化銅就是電離出的水合銅離子接收了水中氫氧根離子的孤對電子,從而促進水的自身解離,增大了水中的氫離子濃度,表現出酸性。這時候我們認為銅離子就是一個路易斯酸。不僅是離子,在有機反應當中,經常遇到需要使用路易斯酸的場合,強的路易斯酸需要具有高度正電性的位點,從而能夠對孤對電子產生巨大吸引力,能夠催化某些反應,例如三氯化鐵,氯化銅,氯化鋁,都是常用的路易斯酸。路易斯酸的定義雖然廣泛,其難度在於缺乏一個普適的衡量標準,只能透過物質之間的反應也就是強酸制弱酸的原理,才能比較路易斯酸的強弱。目前認為,最強的路易斯酸是裸露的質子,當然了裸露質子這種物質實際上不能穩定存在。最強的實際存在的路易斯酸,目前認為是五氟化金,它甚至超過了製備氟銻酸用的五氟化銻。由於缺乏一個合理的標度,暫時我們沒法對於氟銻酸這樣沒有分子式的物質,來衡量其所謂的路易斯酸性。
酸是一個定義相對複雜的東西,要根據體系來看。 大家最早接觸酸的化學概念,是中學,整個中學階段對酸的定義僅限於水中電離出的陽離子僅為氫離子,物質酸性只能在水溶液中衡量。基於這個體系,最強的酸就是水的陽離子,也就是水合氫離子。這裡肯定有小朋友說了,不對,老師教的強酸只有鹽酸硫酸硝酸高氯酸。但是請想一下,在稀的水溶液當中,強酸分子是不存在的,只存在氫離子和對應酸根陰離子以及溶劑水。事實上高中就告訴大家,所謂的電離,實際上是強酸跟水反應,將水質子化的過程。中學階段所謂強酸,是那些全部的分子都可以將水質子化,同時自己變成相應陰離子的物質。弱酸給出質子的能力沒有那麼強,因此只能有一部分給出質子,表現為部分電離。 然而酸不僅可以在水中電離。設想一下,高氯酸和鹽酸在稀水溶液中的酸性明明一樣,這在大學裡叫做拉平效應,水是高氯酸和鹽酸的拉平溶劑,高氯酸酸性強於鹽酸的結果是怎麼得到的呢?答案是,在其他溶劑之中。如果我們把酸的定義擴充套件一下,能夠將溶劑質子化,同時自身形成相應陰離子的物質,那麼在乙醇,乙酸當中就也可以表現酸性。事實上,常見無機強酸在乙酸當中都不能完全電離,也就是將溶劑乙酸質子化,這時候它們的酸性就可以區分了,在大學裡這叫區分效應,乙酸就是無機強酸的區分溶劑。值得注意的是,溶劑並不一定和酸是不同物質,比如硫酸,它能夠質子化自身,濃硫酸中存在H3SO4+,同時自身形成中學學過的硫酸氫根離子。濃硫酸中水很少,因此不滿足高中對酸的定義,高中老師會說濃硫酸不體現酸性,那只是在高中階段而已。事實上濃硫酸的吸水性和脫水性本質上也可以理解為它的酸性的一種體現,一旦有水它就要與之反應,而且濃硫酸中硫酸分子的數量遠遠多於水分子。只是侷限於高中定義,硫酸的酸性沒法體現出來,絕對不能說濃硫酸就是弱酸性物質了,它的酸性也很強。 所以現在,酸的定義就變成了可以給出質子,並將其他物質質子化的物質,所謂酸性,也就是將其他物質質子化的能力。按照這一標準,目前已經知道的最強的酸是氟銻酸HSbF6,這只是一個化學表示式,其實並不存在這個分子。它是將SbF5溶於HF當中製得的,其中所有的氫離子完全電離,而且沒有溶劑化,幾乎是完全裸露的質子,因而其酸性強到一般的容器無法承受它的腐蝕性,常見材料只有氟樹脂,也就是聚四氟乙烯可以用來盛放。 前面對酸的定義都離不開質子也就是氫離子,實際上酸不一定要跟氫離子掛鉤,否則很多物質,例如氯化銅,它明明具有酸性,這表現為它的水溶液也是酸性的,但是自身有沒有氫,也就不存在給出質子的能力了。這樣的物質,我們把它稱之為路易斯酸,它的共性是具有空的電子軌道,表現酸性的形式是強行接收其他物質的孤對電子,這是最為廣泛的一種對於酸的定義。具有空軌道的孤對電子受體,被稱作路易斯酸,孤對電子供體,被稱作路易斯鹼。氯化銅就是電離出的水合銅離子接收了水中氫氧根離子的孤對電子,從而促進水的自身解離,增大了水中的氫離子濃度,表現出酸性。這時候我們認為銅離子就是一個路易斯酸。不僅是離子,在有機反應當中,經常遇到需要使用路易斯酸的場合,強的路易斯酸需要具有高度正電性的位點,從而能夠對孤對電子產生巨大吸引力,能夠催化某些反應,例如三氯化鐵,氯化銅,氯化鋁,都是常用的路易斯酸。路易斯酸的定義雖然廣泛,其難度在於缺乏一個普適的衡量標準,只能透過物質之間的反應也就是強酸制弱酸的原理,才能比較路易斯酸的強弱。目前認為,最強的路易斯酸是裸露的質子,當然了裸露質子這種物質實際上不能穩定存在。最強的實際存在的路易斯酸,目前認為是五氟化金,它甚至超過了製備氟銻酸用的五氟化銻。由於缺乏一個合理的標度,暫時我們沒法對於氟銻酸這樣沒有分子式的物質,來衡量其所謂的路易斯酸性。