qylizhi
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[化学]2017年11月9日杂谈(化学理论选讲III)

楼主#
更多 发布于:2017-11-14 12:49
按:失恋的人可以去做做“玫瑰实验”。我们正常把玫瑰扔到地上不会有什么变化(最多被摔扁),而把玫瑰放到-196℃的液氮里速冻(只要一下!)然后拿出来,过程中千万要防冻,然后往地上一扔,然后——啪擦!化为粉末,正如现在的心……

最近想起一个问题。化学《选修3:物质结构与性质》在无机含氧酸的酸性探讨时说过,说是碳酸有一个非羟基氧原子,应该是和磷酸酸性相近的中强酸,我最近想探讨一下。在判断之前,我们必须了解什么叫“酸性”、酸性是怎么回事。
稀硫酸和锌粒反应生成氢气,体现了其酸性。当然也有氧化性,但是一般不提,因为这不是硫酸作为一种氧化性酸的功劳而是氢离子的氧化性。浓硫酸反而是弱酸,在反应中主要体现强氧化性。和金属的反应中也体现酸性,但和非金属的反应中就只体现氧化性了。
锌和稀硫酸的反应中硫酸也是氧化剂,但为什么这里没体现氧化性呢?其实酸是不是一种氧化性酸和有没有氧化性是两个概念,否则的话称浓盐酸为还原性酸就是无稽之谈了。对于氧化性酸,这里举个“正常”点的例子:硝酸。只要有一点硝酸在,与金属反应就生成不了氢气,以铜为例,和浓硝酸反应生成二氧化氮,和稀硝酸反应生成一氧化氮。极稀硝酸呢?生成一氧化二氮、氮气或者铵根离子——好个硝酸根离子!只要有氢离子在,就要“氧化到最后一刻”,和与铜反应反应就稀了然后就反应不下去了的浓硫酸,还有与二氧化锰反应反应也稀了然后也反应不下去了的“还原性酸”浓盐酸相比,真可谓仁人志士。
盐酸的酸性和还原性酸都比较强。与氯同族的碘形成的氢碘酸更“不稳定”,因此还原性要更强;让很多人接受不了的是氢碘酸的酸性也要更强。事实上身为无机无氧酸,氢碘酸中碘的原子半径更大,H-I键键长更大,键能更小(更不稳定),更易释放出氢离子。
有机酸主要由羧基提供酸性,无机无氧酸如上解释,对于无机含氧酸,只要考察其非羟基氧原子数就可以了:非羟基氧原子数越多,其中心原子正电性就越强,羟基的电子对就更向氧偏移,更易电离出氢离子。“正电性”,也许会被按化合价来理解,但有反例:高碘酸比碘酸要弱,因为其结构中只有一个非羟基氧原子,旁边一大堆羟基。
看来正电性也有吸引键合电子的能力的意思,那么落实到非羟基氧原子数相同的酸上就是对中心原子电负性的比较了。这也就是为什么高氯酸是“世上最强酸”——可氯的电负性3.0并不是最大的啊?因为可以与之相媲美的有氮3.0,可硝酸的非羟基氧原子数比高氯酸少一个,还有氧3.5,可是哪有氧酸啊?最大的对手就是非金属性最强,能把氧给氧化到正价的氟4.0,但是没有高氟酸,氟在高中阶段都没有正价,次氟酸(其中氟为+1价)的存在性也有争议。
最后补充一点,很多二元酸第一步电离产生的酸式酸根离子往往难以第二步电离,连硫酸都难以幸免,因为第一步电离产生的氢离子使第二步电离平衡逆向移动,这是化学《选修4:化学反应原理》对此的解释,而《选修3:物质结构与性质》提供了一种新的思路:第一步电离的一个羟基上空出一个氧原子,与另一个羟基形成氢键O-H…O,“控制”住了这个氢。

那结论呢?磷酸和碳酸的酸性比较呢?同为中强酸,磷酸比碳酸多一个羟基,磷的电负性2.1,碳的电负性2.5.这么看,好像还真很接近……

再说一句,高中阶段几乎普遍都不承认碳酸的存在性。
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沙发#
发布于:2017-11-14 12:56
谢谢
凡王之血,必以剑终。 万物皆虚,万事皆允; 行于暗夜,侍奉光明。
azyahtl
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板凳#
发布于:2018-01-27 19:27
化学式:HFO4
高氟酸无机化合物,无机强酸之一,氟的含氧酸。是无色透明的发烟液体。高氟酸在无机含氧酸中氧化性最强。可助燃,具强腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。工业上用于高氟酸盐的制备,人造金刚石提纯,电影胶片制造,医药工业,电抛光工业,用于生产砂轮,除去碳粒杂质,还可用作氧化剂等。 高氟酸,使用氧化性极强的神酸氧化氟化物,都可以得到F2O7,极强的氧化剂,人类迄今得到的氧化性最强的物质,能将氢氦以外的物质氧化成+7价,甚至更高。
azyahtl
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地板#
发布于:2018-02-03 00:08
@qylizhi

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