话梅到毁容:我们与酸的爱恨情仇
指间流沙 2019-01-05     15:06 来源: 原创
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  建安十九年,曹操先生登高挥鞭,极目远眺而后言道“前方发现大梅林!梅子又酸又甜可以解渴!”(《三国志-魏书-武帝传》)望梅止渴的故事正式开启了酸这种物质在军事上的运用(just kidding)。不过说到酸梅、杨梅、话梅、青梅、酸橙,相信诸位也会像当年魏武帝麾下的士兵们一样“口中生津”,垂涎欲滴了。酸居于五味(酸、苦、甘、辛、咸)之首,两千年来独得吃货们的青睐,从名震天下的西湖醋鱼就可窥得一斑(奉上西湖醋鱼靓照一张)。

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  然而说到化学实验室或者化工厂中用到的酸,诸位的第一想法或许是这样的:

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  这样的:

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  以及这样的:

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  或许还有这样的:

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  酸摇身一变成为都市传说中“**越货,毁*灭迹”必备良品。人们谈酸色变,恨不得退避三舍。

  但是好吃的酸和危险的酸究竟有何不同呢?这就要从“酸”这种物质的定义说起了。1887年瑞典化学家阿伦尼乌斯(Arrhenius)将酸定义为“在水中解离出氢离子的物质”。也就是说,能这样搞事情的:

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  也就是说,无论是实验室中标有腐蚀性的酸还是使水果中显现出酸味的果酸(alpha hydroxy acid)其实都可以归为“酸”这个大类,唯一的区别就是强弱之分。但是化学中强酸不是指那些酸性强、极具腐蚀性的物质,而是另有玄机的。

  化学中通常定义的“强酸”指的是在水溶液的条件下能够发生完全解离的酸,也就是能将

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  这个过程进行到底的那些分子们。我们常说的三大强酸(盐酸、硫酸、硝酸)都是强酸。需要注意的是,由于强酸分子们太容易解离了,一遇到水顷刻间土崩瓦解,变成了离子形态,所以强酸中是没有酸分子的,只存在解离过后产生的氢离子和酸根离子。举例而言,我们在实验室中最常用的稀盐酸中其实是没有氯化氢(HCl, hydrogen chloride)这种物质的,只含有H+和Cl-。

  而弱酸则无法完成解离的过程了。弱酸的解离是一个可逆反应(reversible reaction),也就是正着走倒着走都OK的:

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  就像往一个水池中注水的同时放走水池中的水,当注水的速度和放水的速度相等的时候,水池中的水量就不会发生变化了,既不会灌满也不会完全流干。在弱酸的溶液中,无论是生成离子的正反应还是生成酸分子的逆反应都没法进行到底,那么最终的结果就是正、逆反应在拉扯中达到平衡,那么这个平衡了的溶液中就一定会含有酸分子、氢离子和酸根离子。这就是弱酸和强酸最明显的区别。我们生活中使用的醋(CH3COOH)就是弱酸的典型。在一碗醋中,乙酸分子(CH3COOH)、氢离子(H+)和乙酸根离子(CH3COO-)和谐共存。

  那么,弱酸和强酸到底谁更强呢?回答这个问题就要引入pH的概念了,对于一瓶稳定的溶液而言,pH的计算方法如下:

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  由于水分子也会发生非常微弱的解离,那么无论何种物质的水溶液都会多多少少含有一些氢离子,这样就可以计算pH了。通过计算pH,所有的溶液可以被分为三类:pH<7的是酸性的(acidic),pH=7的是中性的(neutral),pH>7的是碱性的(basic)。所以氢离子浓度越高,pH就越低,那么溶液的酸性就越强。

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  由于强酸是完全的解离,所以在相同的浓度下,强酸解离出的氢离子的数量要高于弱酸。对于浓度相同的强酸和弱酸而言,强酸的pH更低、电导率更高、反应速度更快。
  那么是不是可以认为强酸就一定比弱酸危险呢?非也!毒理学中有句至理名言“没有安全的物质,只有安全的用量”。高浓度的弱酸一样是可以致命的。归根到底,酸的毒性还是和酸的性质和浓度相关,举例而言,氢氟酸(HF, hydrogen fluoride)作为一种弱酸危险系数远远高于浓硫酸这一听上去非常厉害的酸。所以诸位在面对一些酸性物质的时候还是要看清楚包装上的警示标志,不可掉以轻心。

  随手一练:(IB-HL-SECTION A-07s 3)

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  看看答案:

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  在这里题目中明确表示乳酸是一种弱酸,要求给出乳酸的解离方程式,一方面考察各位考生能不能正确书写各个物质的化学式,另一方面,就像答案中特别强调的,可逆符号是占1分的,因为弱酸的解离是可逆反应,必须用双向箭头表示。
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