酸

水杨酸 图片来自美的好朋友

酸（acid有时用“HA”表示）的传统定义是当溶解在水中时，溶液中氢离子的浓度大于纯水中氢离子浓度的化合物。换句话说，酸性溶液的pH值小于水的pH值（25℃时为水的pH值是7）。酸一般呈酸味，但是品尝酸（尤其是高浓度的酸）是非常危险的。酸可以和碱发生中和作用 ，生成水和盐。酸可分为无机酸和有机酸两种。

• 氢氯酸、硫酸和硝酸都被称为矿酸，因为它们从前都是透过矿物制得的。
• 浓酸具腐蚀性，而稀酸则具刺激性（稀氢氟酸也具有腐蚀玻璃的能力）。

目录

酸的定义

酸在化学中主要有以下三种定义：

1. 阿伦尼乌斯酸。指的是溶解于水时释放出的阳离子全部是氢离子（H⁺）的化合物。
2. 布仑斯惕-劳里（Brønsted-Lowry）酸。这种定义认为能提供质子的粒子是酸，能接受质子的粒子是碱。参看酸碱质子论。它比阿伦尼乌斯的定义要广泛，因为这种定义下的酸包含了不溶于水的物质。
3. 路易斯酸。酸被定义为电子的接受者，这是范围最广泛的定义，因为路易斯酸碱不需要氢或氧的存在。参看酸碱电子论。

食物中的酸

所有存在于天然食物中的有机酸都是弱酸。

• 抗坏血酸（维生素C） - 可在水果中找到
• 乙酸（醋酸） - 可在醋中找到
• 单宁酸 - 可在茶中找到
• 酒石酸 - 可在葡萄中找到
• 柠檬酸 - 可在橙和柠檬等水果中找到
• 苯甲酸 - 可在蚝油找到

酸性与氢离子的关系

所有酸在水溶液中，在特定条件下，可以产生可供化学反应的（水合）氢离子H₃O⁺，从而表达出酸性。这包括两类情形：

• 常见的易溶酸如H₃PO₄，在溶液中电离产生H₃O⁺：

H₃PO₄ + H₂O → H₃O⁺ + H₂PO₄⁻

难溶酸如H₄SiO₄，其溶于水的分子亦可电离产生H₃O⁺：

H₄SiO₄ + H₂O → H₃O⁺ + H₃SiO₄⁻

电离产生的H₃O⁺可与碱发生化学反应。当酸充分强时，电离产生的H₃O⁺浓度大，可与活泼金属反应产生氢气，或与特定的盐发生复分解反应。

• 某些酸如H₃BO₃，Al(OH)₃，溶于水的分子本身不能电离产生H⁺。它们作为路易斯酸体现酸性，即，与水电离产生的OH^-结合，释放水电离产生的H₃O⁺参与反应，从而表达出酸性：

H₃BO₃ + 2H₂O → H₃O⁺ + B(OH)₄⁻

Al(OH)₃ + 2H₂O → H₃O⁺ + Al(OH)₄⁻

纯水电离产生的H₃O⁺与OH^-浓度相同。酸性物质溶于水的分子将以上述两类方式之一造成H₃O⁺浓度上升，超过OH^-浓度。酸溶液的H₃O⁺离子浓度愈高，其酸度就愈高。

依电离氢离子数目分类

盐基度是一种酸的每个分子最多能电离出的氢离子的数目。

• 盐基度 = 1：一元酸——如氢氯酸、硝酸、亚硝酸、乙酸

HCl → H⁺ + Cl ⁻

HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻

HNO₂ → H⁺ + NO₂⁻

• 盐基度 = 2：二元酸——如硫酸、亚硫酸、碳酸

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻

H₂SO₃ → 2H⁺ + SO₃²⁻

H₂CO₃ → 2H⁺ + CO₃²⁻

• 盐基度 = 3：三元酸——如磷酸、柠檬酸

H₃PO₄ → 3H⁺ + PO₄³⁻

H₈C₆O₇ → 3H⁺ + H₅C₆O₇³⁻

除一元酸以外的酸都称为二元酸或多元酸。

浓酸的危险性

• 浓酸常有强烈腐蚀性，有些还伴有其他特性，如具有强氧化性和脱水能力的浓硫酸，能对人体造成严重的化学烧伤。
• 浓酸的特性：

• 浓氢氯酸含35%氯化氢分子，浓度约为11M，是无色液体，具高度挥发性和腐蚀性。

• 浓硝酸含70%HNO₃分子，浓度约为16M，是无色液体（但很多时候因有分解反应令浓硝酸溶有红棕色的二氧化氮），具高度挥发性，易分解出有毒的二氧化氮气体，硝酸有极强氧化性，因此造成极强腐蚀性。自我分解反应如下：4 HNO₃ → 2 H₂O + 4 NO₂ + O₂

• 浓硫酸含98%硫酸分子，浓度约为18M，是无色油状液体，不具挥发性，但具极强的腐蚀性、氧化性和脱水性。

处理浓酸要注意的地方

• 浓酸应安放在通风柜中。
• 人手处理浓酸时要戴防护手套和安全眼镜。
• 稀释浓酸时，是要慢慢地把浓酸加入搅动中大量水中而不能相反，否则可引致沸腾（突沸），水连同强酸溅出可引致极大的危险。
• 若被强酸溅到人体，应立即用大量流动的清水冲洗伤口至少10至15分钟，再用小苏打（NaHCO₃）溶液冲洗，严重则要立即送医治理。

常见的无机酸

强酸

强酸是指在水溶液中完全电离的酸（硫酸这类多元酸不在此限），或以酸度系数的概念理解，则指pK_a值< −1.74的酸。这个值可以理解为在标准状况下，氢离子的浓度等同于加入强酸后的溶液浓度。

大部分强酸均是腐蚀性的，但当中亦有例外。例如超强酸当中的碳硼烷酸（H(CHB₁₁Cl₁₁），其酸性比硫酸高百万倍，但却完全不带有腐蚀性；相反，弱酸当中的氢氟酸（HF）却带有高度腐蚀性。它能够溶解极大部分的金属氧化物，诸如玻璃及除了铱以外的所有金属。

强酸在水溶液中完全离解的化学方程式如下所示：

HA(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + A⁻(aq)

一般酸不会在水中完全离解，因此多以化学平衡而不是完全反应的形式表示，弱酸就是指不完全离解的酸。用酸度系数作为区别强酸与弱酸的作用并不明显（因为数值差距较难理解及不明显），因此用方程式去区别两者更为合理。

由于强酸在水溶液中完全离解，因此氢离子在水中的浓度等同于将该酸带到其他的溶液当中：

[HA] = [H⁺] = [A⁻]；pH = −log[H+]

酸性强度的判别

除了透过计算pH值来衡量不同酸的强度外，透过观察以下的性质也可以判别出不同类别的酸的强度：

1. 电负性：在同一元素周期下其共轭碱的负电性愈高，它的酸度就愈高。
2. 原子半径：原子半径增加，其酸度也会增加。以氢氯酸及氢碘酸为例，两者均是强酸，在水中均会电离出100%的相应离子。但是氢碘酸的酸度比氢氯酸要强，这是因为碘的原子半径远大于氯的原子半径。带有负电荷的碘阴离子拥有较离散的电子云，因此与质子（H⁺）的吸力较弱，因此，氢碘酸电离（去质子化）的速度更快（二者酸性的差别可在酸性更强的溶剂，如乙酸中测出，因为在乙酸中二者均只能部分电离而可体现出差别）。
3. 电荷：电离后的物质愈带有正电荷，就愈高酸度。因此中性离子较阴离子容易放出质子，阳离子也比起其他分子均具有更高酸度。

常见强酸

（从强到弱）

• 高氯酸HClO₄
• 氢碘酸HI
• 氢溴酸HBr
• 氢氯酸HCl
• 硫酸H₂SO₄（K_a1/只限于第一酸度系数）
• 硝酸HNO₃
• 水合氢离子H₃O⁺或H⁺。为方便起见，通常会以H⁺取代H₃O⁺。但要注意的是，单独而孤立的质子在带有极性的水中不可能存在，而是常与水分子的其中一对孤偶电子对结合。这使在水合氢离子中的氧的形式电荷为+1。
• 一些化学家将氯酸（HClO₃），溴酸（HBrO₃），高溴酸（HBrO₄），碘酸（HIO₃），和高碘酸（HIO₄）也列为强酸，但是没有被公认。

超强酸

超强酸通常指酸性比纯硫酸更强的酸。简单的超强酸包括三氟甲磺酸（CF₃SO₃H）和氟磺酸（FSO₃H），它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下，超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。

超强酸这一术语由詹姆斯•布莱恩特•科南特（James Bryant Conant）于1927年提出。乔治•安德鲁•欧拉因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖。

常见的超强酸（从最强到最弱）：

• 氟锑酸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)
• 固体超强酸 SbF5-SiO2-Al2O3，SbF5-TiO2-SiO2 (pKa值= = -13.75 ~ -14.52)
• 高氯酸 (pKa值=-13)
• 纯硫酸 (pKa值=-11.93)

註:pKa值，哈米特酸度函數