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上集中 我们已经学过
如果你把水放着不管
它就会解离
嗯……
这里有两个水分子
很有可能…
而且它处于平衡状态
其中1个水里的1个氢脱离分子
和另一个水分子结合
所以就会得到1个水合氢离子(H3O+)
这是个离子 因为它多了1个氢
所以我在这里写1个正电荷
很显然的 前面讲的
都是在溶液中进行的
这里全部都可以标上水溶液
即aq 可以写上aq
这很浅显
当然 水也是溶液
它明显可以溶解到水中
然后再加上1个氢氧根离子(OH-)
这是水分子在失去1个氢原子
或者说1个质子形成的
因为我们都清楚1个氢原子…
或者至少可以说1个氢离子…
如果氢原子失去1个电子
剩下的就是1个质子了
那也发生在水溶液中
我们知道人们真正关心的是…
我们学过
这个反应的平衡常数
我们也知道 人们真正关心的是
这个的浓度
是水合氢离子的浓度
我再写一遍
我在上集中讲过这个问题
但是有时同一个离子化反应
也可以这样写
H2O 自身水解
生成1个水溶液中的氢离子(H+)
加上1个水溶液中的氢氧根阴离子(OH-)
或者说负离子
它们是一样的
我这么写是
因为这个才是实际状态
实际上不会有
这些质子独立存在
其实它们是粘到了另一个水分子上
形成了1个水合氢离子
但它们实际上是同一个概念
我们上集学过
浓度才是关键所在…
你可以随便挑一个写
一般情况下他们都会写这边这个
所以实际上人们关心的是
这个氢离子的浓度
上一次我们说过
纯水在25°C时
也就是室温
我写下来吧 在25°C
氢质子的浓度…
因为其实他们实际上是个质子
或者说氢离子
是10的负7次方摩尔每升\N【译者注:1molar=1mol/L】
然后我们就要说了 喂 化学家们 不管怎么样
我就是不喜欢用负指数
所以他们就把pH定义为
以10为底的氢离子浓度的负对数
当然 纯水中就等于
25°C时 这等于7
不错
可能你就要想了
如果人们不嫌麻烦
弄出了pH这个东西
还说它是个负对数
他们一定是十分在意
水中氢的浓度是多少
这确实很重要…
在整个的…
尤其是在生物科学领域中…
其实任何时候
人们都在意这个或那个的pH
我上集中肯定提过
pH平衡化妆品
如果化妆品的pH值和皮肤的不同
就可能对你的皮肤不好
我也不知道这可不可靠
但是我想这是它背后的理论
然后世界上明显有东西
可以改变氢离子浓度
改变这个浓度
所以在我们学勒夏特列原理的时候
解释过 嗯
可能如果我们往这边多加点氢
就会改变平衡
这个浓度就会变大
所以氢的浓度就会变大
我想如果在另一边多加点氢氧根离子
那么OH-的浓度就会变大
可能氢离子的浓度就减小了
所以如果你真的对反应中的
产生这些变化的东西感兴趣
你可能就想给他们取个名字
他们的名字就是酸和碱
我肯定你以前都听说过
我把它们都写下来
酸和碱
现在
把你日常的酸碱概念再变复杂一点
实际上酸的定义非常多
碱的也不少
它们所指的物质
种类变的越来越广了
最经常
用到的定义…
当别人提到酸的时候
我总是先想到…
就是如果把它放到水中
氢的浓度就会变大
碱就是
可以水中增加氢氧根浓度的物质
你可能见到的定义中
90%都是这样的…
尤其是在你的头一年的化学课
这个被称作为阿伦尼乌斯酸和阿伦尼乌斯碱
我希望我没拼错
你们可不要
以词取人
你应该去查查词典
因为显然我不是拼写高手
阿伦尼乌斯
阿伦尼乌斯 里面有个h
这就是阿伦尼乌斯酸 阿伦尼乌斯碱
我举个例子
如果我取一些盐酸…
它其实就叫盐酸
但是你也可以说氯化氢…
水溶液状态
它实际上会完全电离
这不是个平衡方程
所以我用这个非常漂亮的…
用个醒目一点的颜色吧
这个漂亮的单向箭头说明
这个不是那种理论抽象的
可逆反应
这是个强酸
它在水中完全电离成…
我用另一个颜色来表示氢
它在水中完全电离成
氢离子(H+)
水溶液(aq)
还有一个氯
而且是氯阴离子(Cl-)
在水溶液里(aq)
它们就在里面漂浮着 那么你可以想象
如果你在水中放1个氯化氢
就会
提高整体的氢的含量
同样的反应
也可以这样写
只是为了突出重点
氯化氢水溶液(HCl, aq)
你也可以说加上…
我换个颜色
加上水H2O
这是一个单向反应
然后就会得到 我觉得你应该明白了
显然它们不是都…
H3O 颜色太深了
H3O+…
它把氢质子给了水
然后加上氯离子(Cl-)
也是在水溶液中
这些酸都是完全电离的…
在以后的视频中 我们就会讲到
模糊一点的反应
它们不完全电离
这些可以完全电离的酸
被称为强酸
“强”在化学中
不一定是褒义词
它的确切意思是…
如果有人说强酸
他指的是可以在水中完全电离的酸
这是个不可逆反应
在所有的强酸中…
你可能已经
根据它们的化学结构猜到了
盐酸就是其中之一
溴化氢也是
又一个强酸
碘化氢
还有硝酸
我好像在前面提到过…
所有这些 当你把它们放到水中的时候
这个小H就跑了
H和粘上1个水分子就形成水合氢离子
而这个分子 这种情况下
嗯… 有氯…
有卤素的情况
而无论剩下的是什么
它们会变成负离子
硝酸
还有硫酸
你可能都听过这些
非常强的酸
硫酸然后是磷酸
这些都是强酸
最好了解一下这些
因为如果它们在化学考试里出现
你就知道 这些可以完全电离
要记住 我们一直用酸这个字
酸是什么意思?
而这些是强酸
它们完全电离
如果你喜欢阿伦尼乌斯对酸的定义
那就是 酸增加氢离子的浓度
因为很显然当你给它扔到水里的时候
所有的氢都会生成水合氢离子
这样它们就会从总体上
增加氢离子的浓度
这就是它们叫酸的原因
所以如果你继续看强碱这边
根据阿伦尼乌斯的定义
碱就是可以在水中生成氢氧根离子
或者氢氧根阴离子的物质
看一下元素周期表
第一主族元素
都是碱金属元素
碱金属和氢氧根结合
如果放到水中 氢氧根电离出来
那么…
比如锂(Li) 或者钠(Na)
例如这些 这些都是强碱
如果我取氢氧化锂溶液
它就会完全电离
这里不存在平衡
这是一个强碱
它会电离成什么捏?
这个小小的氢氧根就会电离
这里是减号
还是在水中
加上锂离子(Li+)
这里
所以它水中会完全电离
钠也一样
氢氧化钠也一样
氢氧化钠溶液(NaOH, aq)
不可逆反应
就会产生氢氧根和钠离子
所以你可以想象 当你把这些放到水中时
这个浓度就会变大
就像勒夏特列原理那样
我们说过 如果往这个平衡反应中
加入一些其他物质会怎么样
怎么加? 在这种情况下
你可以加一种强酸或者强碱
现在 前面这些…
根据阿伦尼乌斯的定义…
酸可以增加氢离子浓度
碱增加氢氧根浓度
90%你会遇到的情况都是这样
但是也有一个更为广泛的酸碱定义
但是我不知道正确的…
但是我经常说成是布朗斯特
如果没有花哨的字体
它是这样拼的
质子酸或者质子碱
用个别的字体
其实在o上有一个斜线
我也不大清楚
嗯… 质子酸
这些都可以称作质子酸
根据更广的酸碱定义
酸是质子的供体
碱是质子的受体
然后让我们把这个定义
放到我们所学的大环境中
所以根据酸碱质子理论
什么是质子供体?
这个盐酸是…
看看这个反应
这个盐酸
把质子给了水分子 对吗?
氢原子就是个质子
这一点必须要记住
因为它有… 是氢离子
因为如果你剥夺了它的电子
它又没有中子
它就是1个宇宙中独立的质子
所以这个盐酸提供1个质子
给水分子形成水合氢离子
它把质子送人了
所以这个也是质子酸
就像它也是阿伦尼乌斯酸
我们来看看质子碱
好啦
质子碱就… 质子受体
所以这个锂 它和这个氢氧根离子
情投意合
氢氧根离子电离了
这样它就变得可有可无了
你可以这样说
这个原子带上正电荷
呃… 这个听上去有点混乱
因为它不像是给了它1个质子
你可以这样想
实际上它是给出了电子
但是如果你只看最终产品
在反应结束之后
它有1个正电荷
所以你说 好吧 可能那就是质子碱
接下来你会说 嗯…
为什么人们费那么大劲儿
来定义质子碱
尤其是所有的阿伦尼乌斯酸碱
都属于质子酸碱
这是因为阿伦尼乌斯一直…
这些都是和水有关的
所有东西都在水溶液里
我在这里画1个质子碱
不一定非要是在水溶液中
那么比如这个醋酸…
一种醋里的物质
加上氨…
不一定非要在水溶液中
…这样会发生什么?
这个氢被献给了氨
形成铵离子
所以这个带正电荷 这个带负电荷
它提供了这个质子
而阿伦尼乌斯理论没有讲到这个
因为他所讲到的
仅仅是氢离子和水
但是酸碱质子理论这时
就能派上用场咯
现在最宽泛的定义…
虽然这些定义中
90%的情况下
你只要知道阿伦尼乌斯的定义
和酸碱质子理论就够了
我现在要说的东西也存在
这就是路易斯酸碱
路易斯酸碱理论关心的是电子
质子理论关心的是质子
所以路易斯理论不说酸是质子供体
路易斯说酸是电子受体
而碱是电子供体
所以把它放到我们
目前学过的东西中
如果这真的是一个酸
它就是电子受体
你可以这样想
原来的盐酸
它把这个原子拿出来
或者是说拿出这个质子
那么它就保留了电子
所以它就算作是一个电子受体
这就有点陷入灰色地带
看起来不像是它夺取了别人的电子
但它仍然可以看做是路易斯酸
再想想路易斯碱
路易斯碱是什么?
它是电子供体 对嘛?
所以在这里
路易斯碱是电子供体
氢氧化锂 把它放在水中时…
有几种说法
你可以说它给出OH-
它有2个额外的…
这带负电荷 所以它是电子供体
我不喜欢这解释 这样有点乱糟糟
所以我不是酸碱电子理论的脑残粉
在我看来 还是阿伦尼乌斯的最讲得通
因为这是最简单纯粹的理论了
能不能产生水合氢离子?
或者是能不能产生氢氧根离子?
不过我还是要提提路易斯酸碱定义
它是最广泛的定义
这是一个路易斯碱反应的例子
它既不是
质子碱也不是阿伦尼乌斯碱
因为这个反应不一定在水中进行
这是三氟化硼(BF3)
有一个氟阴离子(F-)
它有一个负电荷
它这里有一个多的电子
在这种情况下 这个氟
或者是这个氟离子
可以给出2个电子
所以我们说这个
就是这个
发生的反应是
它把2个电子
给了这个硼的络合物
那么它是电子供体
供体是什么?
这个氟是碱
所以这是路易斯碱
然后这个电子受体就是路易斯酸
这个是路易斯酸
知道这些定义是有好处的
尤其是你以后就不会对酸碱感到迷惑了
但是对于一年级的化学课
如果你真的理解了阿伦尼乌斯的定义
你就做的非常出色了
坦白的说
那个是最简单的定义了
因为它在大多数
水的pH值变化的反应中
都特别重要
因为那就是酸碱中和
尤其是在阿伦尼乌斯酸碱
总之 下集见咯
下集会算些式子
算算酸如何改变pH值