在化學領域中,濃硫酸廣為人知,但還有比它更強的酸。你可知有一種酸,讓濃硫酸在其面前如同檸檬汁般毫無「殺傷力」,你知道是哪種酸嗎?
談及化學中最具危險性和破壞力的物質,很多人會首先想到酸。在影視作品中,如《絕命毒師》里老白用酸溶人,《蝙蝠俠》中小丑因酸毀容而走上反派之路,可見在人們印象中,反派使用酸作武器時,顯得強大而恐怖,相比之下鹼則溫和許多。
那麼,哪種酸才是酸中的王者呢?下面來盤點酸類戰力排行榜的前三名。
01
弱酸
日常生活中,酸無處不在。
人體每天會產生尿酸,5克純尿酸約是一人10天的排泄量,飽和尿酸溶液pH值約4.6,可見尿酸是弱酸。
可樂中含碳酸,飽和碳酸pH值僅3.7,實際測量可樂pH值約2,因其中還含磷酸。
牛奶倒入可樂中會發生劇烈反應,就是磷酸與牛奶中物質相互作用的結果,而1摩爾每升磷酸的pH值約為1.1,磷酸也是弱酸。
說到強酸,氫氟酸名氣大,腐蝕性強能溶玻璃,容器都難盛放,且滴到手上會滲入皮膚,劇毒無比,但1摩爾每升氫氟酸的pH值約1.6,屬弱酸。
尿酸、碳酸、磷酸、氫氟酸等溶於水後只能部分電離氫離子,屬弱酸範疇,水中能完全電離的才是強酸。
02
強酸
世界公認的三大強酸是鹽酸、硝酸、硫酸,它們在初中化學酸類物質中酸性極強。
初中學習化學時,若給這三種強酸排名,鹽酸具刺鼻易揮發特性,硝酸強調氧化性和腐蝕性強,硫酸則比它們多一個氫。
能否通過pH值確定最強酸呢?答案是否定的,因水中存在拉平效應,三種完全電離的強酸在水中酸性表現一樣強,如1摩爾每升的鹽酸和硝酸pH值均為0。
後來化學家提出pKa概念,它是酸解離方程平衡常數的負對數,可衡量酸解離氫離子的絕對能力,更客觀地比較酸的強弱。pKa值越小酸性越強,且每相差1,酸性相差10倍。
藉助此評價體系,硝酸pKa值為-1.3,硫酸pKa值為-3,鹽酸pKa值為-7,可見硝酸相對較弱,硫酸並非最強,鹽酸才是三大強酸中的「老大」。
此外,王水由濃硝酸和濃鹽酸按1:3比例混合而成,能溶解黃金,硝酸強氧化,鹽酸氯離子強配位,但王水不穩定,需現配現用,酸性只是普通強酸水平。
食人魚洗液由硫酸和雙氧水混合,氧化腐蝕性強,能「吞噬」許多物質,但酸性也未超出強酸範疇。
鹽酸雖是初中常見酸中的最強者,但並非酸中的終極強者,氫碘酸是氫鹵酸中的「強者」。
03
超酸
強酸之上還有超酸,其定義是比100%硫酸酸性更強的酸。1887年阿倫尼烏斯提出酸的水溶液電離定義,1923年布朗斯特和勞里提出酸鹼質子理論,從廣義說,超酸是極易給出氫離子的物質,純硫酸在超酸面前也會接受氫離子。
因超酸酸性過強,離子活度變化使測量pKa值的假設不適用,化學家又定義了哈米特函數(H0),H0值越小酸性越強,H0值每小1,酸度強10倍。純硫酸H0值為-11.9,而純硫酸之上至少有11種更強的超酸。
2004年,科學家合成出最強單一分子酸——碳硼烷酸,熔點高,H0值難以準確測定,保守估計低於-18,酸性比純硫酸強100萬倍,其穩定的碳硼烷酸根使其酸性超強,暫排第三。
氟硫酸和五氟化銻混合得到的魔酸,H0值達-23,比純硫酸強1000億倍。1966年,因學生將蠟燭置入魔酸中迅速溶解這一現象,該酸遂被命名,歐拉教授也因此榮獲1994年諾貝爾化學獎。
世界上最強的酸是氟銻酸,H0值達-28,酸性比純硫酸強1億倍。將其滴在雞腿上,瓶子打開就冒煙,65%的氟銻酸溶液威力就很大。如此強的酸需用特氟龍等特殊材質容器盛放。
對很多人來說,追求最強酸似顯「中二」,但化學家追求酸性戰力極限,是源於對未知的探索和科學邊界的挑戰,源自人性的好奇心,渴望了解化學邊界,藉助更強酸創造新分子、催化化學反應。
1925年發現的氦氫離子是已知最強酸,有人推測它的H0值達-63,可能代表宇宙中第一個化學鍵。在氦氫之後,人類或許還會找到更強的酸,好奇心正是推動科學進步的原動力。
【文本來源@畢導的視頻內容】