酸

水楊酸 圖片來自美的好朋友

酸（acid有時用「HA」表示）的傳統定義是當溶解在水中時，溶液中氫離子的濃度大於純水中氫離子濃度的化合物。換句話說，酸性溶液的pH值小於水的pH值（25℃時為水的pH值是7）。酸一般呈酸味，但是品嘗酸（尤其是高濃度的酸）是非常危險的。酸可以和鹼發生中和作用 ，生成水和鹽。酸可分為無機酸和有機酸兩種。

• 氫氯酸、硫酸和硝酸都被稱為礦酸，因為它們從前都是透過礦物製得的。
• 濃酸具腐蝕性，而稀酸則具刺激性（稀氫氟酸也具有腐蝕玻璃的能力）。

目錄

酸的定義

酸在化學中主要有以下三種定義：

1. 阿倫尼烏斯酸。指的是溶解於水時釋放出的陽離子全部是氫離子（H⁺）的化合物。
2. 布侖斯惕-勞里（Brønsted-Lowry）酸。這種定義認為能提供質子的粒子是酸，能接受質子的粒子是鹼。參看酸鹼質子論。它比阿倫尼烏斯的定義要廣泛，因為這種定義下的酸包含了不溶於水的物質。
3. 路易斯酸。酸被定義為電子的接受者，這是範圍最廣泛的定義，因為路易斯酸鹼不需要氫或氧的存在。參看酸鹼電子論。

食物中的酸

所有存在於天然食物中的有機酸都是弱酸。

• 抗壞血酸（維生素C） - 可在水果中找到
• 乙酸（醋酸） - 可在醋中找到
• 單寧酸 - 可在茶中找到
• 酒石酸 - 可在葡萄中找到
• 檸檬酸 - 可在橙和檸檬等水果中找到
• 苯甲酸 - 可在蠔油找到

酸性與氫離子的關係

所有酸在水溶液中，在特定條件下，可以產生可供化學反應的（水合）氫離子H₃O⁺，從而表達出酸性。這包括兩類情形：

• 常見的易溶酸如H₃PO₄，在溶液中電離產生H₃O⁺：

H₃PO₄ + H₂O → H₃O⁺ + H₂PO₄⁻

難溶酸如H₄SiO₄，其溶於水的分子亦可電離產生H₃O⁺：

H₄SiO₄ + H₂O → H₃O⁺ + H₃SiO₄⁻

電離產生的H₃O⁺可與鹼發生化學反應。當酸充分強時，電離產生的H₃O⁺濃度大，可與活潑金屬反應產生氫氣，或與特定的鹽發生複分解反應。

• 某些酸如H₃BO₃，Al(OH)₃，溶於水的分子本身不能電離產生H⁺。它們作為路易斯酸體現酸性，即，與水電離產生的OH^-結合，釋放水電離產生的H₃O⁺參與反應，從而表達出酸性：

H₃BO₃ + 2H₂O → H₃O⁺ + B(OH)₄⁻

Al(OH)₃ + 2H₂O → H₃O⁺ + Al(OH)₄⁻

純水電離產生的H₃O⁺與OH^-濃度相同。酸性物質溶於水的分子將以上述兩類方式之一造成H₃O⁺濃度上升，超過OH^-濃度。酸溶液的H₃O⁺離子濃度愈高，其酸度就愈高。

依電離氫離子數目分類

鹽基度是一種酸的每個分子最多能電離出的氫離子的數目。

• 鹽基度 = 1：一元酸——如氫氯酸、硝酸、亞硝酸、乙酸

HCl → H⁺ + Cl ⁻

HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻

HNO₂ → H⁺ + NO₂⁻

• 鹽基度 = 2：二元酸——如硫酸、亞硫酸、碳酸

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻

H₂SO₃ → 2H⁺ + SO₃²⁻

H₂CO₃ → 2H⁺ + CO₃²⁻

• 鹽基度 = 3：三元酸——如磷酸、檸檬酸

H₃PO₄ → 3H⁺ + PO₄³⁻

H₈C₆O₇ → 3H⁺ + H₅C₆O₇³⁻

除一元酸以外的酸都稱為二元酸或多元酸。

濃酸的危險性

• 濃酸常有強烈腐蝕性，有些還伴有其他特性，如具有強氧化性和脫水能力的濃硫酸，能對人體造成嚴重的化學燒傷。
• 濃酸的特性：

• 濃氫氯酸含35%氯化氫分子，濃度約為11M，是無色液體，具高度揮發性和腐蝕性。

• 濃硝酸含70%HNO₃分子，濃度約為16M，是無色液體（但很多時候因有分解反應令濃硝酸溶有紅棕色的二氧化氮），具高度揮發性，易分解出有毒的二氧化氮氣體，硝酸有極強氧化性，因此造成極強腐蝕性。自我分解反應如下：4 HNO₃ → 2 H₂O + 4 NO₂ + O₂

• 濃硫酸含98%硫酸分子，濃度約為18M，是無色油狀液體，不具揮發性，但具極強的腐蝕性、氧化性和脫水性。

處理濃酸要注意的地方

• 濃酸應安放在通風櫃中。
• 人手處理濃酸時要戴防護手套和安全眼鏡。
• 稀釋濃酸時，是要慢慢地把濃酸加入攪動中大量水中而不能相反，否則可引致沸騰（突沸），水連同強酸濺出可引致極大的危險。
• 若被強酸濺到人體，應立即用大量流動的清水沖洗傷口至少10至15分鐘，再用小蘇打（NaHCO₃）溶液沖洗，嚴重則要立即送醫治理。

常見的無機酸

強酸

強酸是指在水溶液中完全電離的酸（硫酸這類多元酸不在此限），或以酸度系數的概念理解，則指pK_a值< −1.74的酸。這個值可以理解為在標準狀況下，氫離子的濃度等同於加入強酸後的溶液濃度。

大部分強酸均是腐蝕性的，但當中亦有例外。例如超強酸當中的碳硼烷酸（H(CHB₁₁Cl₁₁），其酸性比硫酸高百萬倍，但卻完全不帶有腐蝕性；相反，弱酸當中的氫氟酸（HF）卻帶有高度腐蝕性。它能夠溶解極大部分的金屬氧化物，諸如玻璃及除了銥以外的所有金屬。

強酸在水溶液中完全離解的化學方程式如下所示：

HA(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + A⁻(aq)

一般酸不會在水中完全離解，因此多以化學平衡而不是完全反應的形式表示，弱酸就是指不完全離解的酸。用酸度系數作為區別強酸與弱酸的作用並不明顯（因為數值差距較難理解及不明顯），因此用方程式去區別兩者更為合理。

由於強酸在水溶液中完全離解，因此氫離子在水中的濃度等同於將該酸帶到其他的溶液當中：

[HA] = [H⁺] = [A⁻]；pH = −log[H+]

酸性強度的判別

除了透過計算pH值來衡量不同酸的強度外，透過觀察以下的性質也可以判別出不同類別的酸的強度：

1. 電負性：在同一元素周期下其共軛鹼的負電性愈高，它的酸度就愈高。
2. 原子半徑：原子半徑增加，其酸度也會增加。以氫氯酸及氫碘酸為例，兩者均是強酸，在水中均會電離出100%的相應離子。但是氫碘酸的酸度比氫氯酸要強，這是因為碘的原子半徑遠大於氯的原子半徑。帶有負電荷的碘陰離子擁有較離散的電子雲，因此與質子（H⁺）的吸力較弱，因此，氫碘酸電離（去質子化）的速度更快（二者酸性的差別可在酸性更強的溶劑，如乙酸中測出，因為在乙酸中二者均只能部分電離而可體現出差別）。
3. 電荷：電離後的物質愈帶有正電荷，就愈高酸度。因此中性離子較陰離子容易放出質子，陽離子也比起其他分子均具有更高酸度。

常見強酸

（從強到弱）

• 高氯酸HClO₄
• 氫碘酸HI
• 氫溴酸HBr
• 氫氯酸HCl
• 硫酸H₂SO₄（K_a1/只限於第一酸度係數）
• 硝酸HNO₃
• 水合氫離子H₃O⁺或H⁺。為方便起見，通常會以H⁺取代H₃O⁺。但要注意的是，單獨而孤立的質子在帶有極性的水中不可能存在，而是常與水分子的其中一對孤偶電子對結合。這使在水合氫離子中的氧的形式電荷為+1。
• 一些化學家將氯酸（HClO₃），溴酸（HBrO₃），高溴酸（HBrO₄），碘酸（HIO₃），和高碘酸（HIO₄）也列為強酸，但是沒有被公認。

超強酸

超強酸通常指酸性比純硫酸更強的酸。簡單的超強酸包括三氟甲磺酸（CF₃SO₃H）和氟磺酸（FSO₃H），它們的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情況下，超強酸不是單一純淨物而是幾種化合物的混合物。

超強酸這一術語由詹姆斯•布萊恩特•科南特（James Bryant Conant）於1927年提出。喬治•安德魯•歐拉因其在碳正離子和超強酸方面的研究獲得1994年諾貝爾化學獎。

常見的超強酸（從最強到最弱）：

• 氟銻酸HFSbF₅ (1990) (pKa值= -28)
• 魔酸FSO₃HSbF₅ (1974) (pKa值= -25)
• 碳硼烷酸H(CHB₁₁Cl₁₁) (1969) (pKa值= -18.0)
• 氟磺酸FSO₃H (1944) (pKa值=-15.6)
• 三氟甲磺酸CF₃SO₃H (1940) (pKa值=-14.6)
• 固體超強酸 SbF5-SiO2-Al2O3，SbF5-TiO2-SiO2 (pKa值= = -13.75 ~ -14.52)
• 高氯酸 (pKa值=-13)
• 純硫酸 (pKa值=-11.93)

註:pKa值，哈米特酸度函數