根據斯萬特奧古斯特阿倫尼烏斯的理論，酸（，有時用 HA 表示）是指當溶解在水中時，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，但是品嚐酸（尤其是高濃度的酸）是非常非常危險的。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。與酸相對的一種物質是鹼。 氫氯酸（鹽酸）、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）。 酸的定義 酸在化學中主要有以下三種定義： 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。參看酸鹼電離理論。 布侖斯惕 勞裡（BrønstedLowry）酸。這種定義認為能提供質子的粒子是酸。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。 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。 酸的性質 帶有酸味 酸性溶液（包含酸溶液）能使通用酸鹼指示劑變成偏暖色。主要是因為酸能釋放出氫離子（H）。 其他指示劑： 藍色石蕊試紙：酸能令藍色石蕊試紙（一種能顯示酸性的紙張）變成紅色。 甲基橙：當 pH 值是 0 至 31，酸能令甲基橙由黃色變成紅色；當 pH 值是 31 至 44，酸能令甲基橙由黃色變成橙色。 酸基本上對酚酞不會起顏色變化，維持無色，但當 pH 值小於 0 時，酚酞的顏色會轉變成橙紅色；在 pH 為 0 至 82 時為無色透明；在 pH 為 82 至 12 時為粉紅色；在 pH 為 12 以上為無色。 所有酸的水溶液都能夠導電，這是由於氫離子及酸根離子的存在，它們可以在電極之間作電荷交換，從而導電。因此酸也是一種電解質。 和活潑金屬單質反應： 稀酸能與活潑金屬單質（如鈣、鎂、鐵、鋅等）產生反應，生成鹽和氫氣。 稀酸 金屬氫氣 鹽 H2SO4 Ca H2 CaSO4 H2SO4 Mg H2 MgSO4 H2SO4 Fe H2 FeSO4 H2SO4 Zn H2 ZnSO4 2HCl Ca H2 CaCl2 2HCl Mg H2 MgCl2 2HCl Fe H2 FeCl2 2HCl Zn H2 ZnCl2 稀酸不會和銅、汞、銀、鉑、金等金屬反應。稀硝酸和金屬的反應比較特別，它會和金屬產生氧化還原反應，生成一氧化氮 NO（無色氣體）而不會產生氫氣 極稀的硝酸會和金屬緩慢反應產生少量的氫氣這點至今仍未被證實。因此在工業中很少用硝酸直接與金屬接觸製備硝酸鹽，多利用置換反應製造。 要注意的是金屬單質鉛 Pb 和稀酸（特別是硫酸 H2SO4 和鹽酸 HCl）的反應中，基於鉛的活性較低，起初反應速度十分緩慢，而這反應還會在很短時間內停止。因為氯化鉛 PbCl2 和硫酸鉛 PbSO4 也是不水溶性的固體，它會覆蓋在金屬鉛表面形成保護膜阻止了金屬鉛與酸反應，而令該反應逐漸停止。 鉀 K 和鈉 Na 由於太過活躍，會和水產生危險的爆炸性反應，因此工業上不會利用此方法製備鉀鹽和鈉鹽。 鋁雖然也是十分活躍，但它一暴露在空氣中就會與空氣中的氧氣生成緻密氧化物保護膜，也會阻止了之後酸和金屬鋁的接觸反應，所以金屬鋁不在此列。鋁能夠與稀的強酸（如稀鹽酸，稀硫酸等）進行反應，生成氫氣和相應的鋁鹽。在常溫下，鋁在濃硝酸和濃硫酸中被鈍化，不與它們反應，所以濃硝酸是用鋁罐（可維持約 180 小時）運輸的。 和氫氧化物（鹼）發生中和反應放出鹽和水 酸 鹼鹽 水。主要是因為酸中的氫離子（H）和鹼中的氫氧根離子 OH結合成水（H2O），是複分解反應。 HCl NaOH H2O NaCl H OH H2O 和金屬氧化物發生反應，生成鹽和水 酸 ＋ 金屬氧化物水 ＋ 鹽 2H O2 H2O 2HCl CuO CuCl2 H2O H2SO4 CuO CuSO4 H2O 和鹽反應（產生複分解反應） 酸 鹽新鹽 新酸（強酸 弱酸） 2HCl Na2CO3 2NaCl H2O CO2 H2SO4 Ba ClO3 2 BaSO4 2HClO3 和碳酸鹽反應生成鹽、二氧化碳和水 碳酸鹽 稀酸鹽 二氧化碳 水 Na2CO3 2HCl 2NaCl CO2 H2O Na2CO3 H2SO4 Na2SO4 CO2 H2O CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O CaCO3 H2SO4 CaSO4 CO2 H2O 和碳酸氫鹽反應生成鹽、二氧化碳和水 碳酸氫鹽 稀酸鹽 二氧化碳 水 NaHCO3 HCl NaCl CO2 H2O 2NaHCO3 H2SO4 Na2SO4 2CO2 2H2O Ca HCO3 2 2HCl CaCl2 2CO2 2H2O Ca HCO3 2 H2SO4 CaSO4 2CO2 2H2O 酸的分類 按酸分子是否含氧分類 含氧酸 無氧酸 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。 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。 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。 濃酸處理注意事項 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。 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 pKa 值 174 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 H3Oaq Aaq 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： 電負性：在同一元素週期下其共軛鹼的負電性愈高，它的酸度就愈高。 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）。 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。 酸度 酸度，一種新的酸鹼度定義，可以取代過去一直沿用的 pH 表示酸鹼度。此一定義首先由荷蘭化學家亨克凡魯貝克（Henk van Lubeck）在美國《化學教育雜誌》上提出 Why Not Replace pH and pOH by Just One Real Acidity Grade AG Journal of Chemical Education July 1999 Vol 76 No 7 p 892。 定義 AG log mbox H over mbox OHpOHpH 式中 mbox H 和 mbox OH 分別代表氫離子和氫氧根離子的物質的量濃度。 優勢 與 pH 相比，它有如下 3 個明顯的優勢： 酸度的數值越大說明溶液酸性越強，符合物理定義的語言習慣。 取對數的是無量綱的比值，對數函式返回值同樣無量綱，這符合對數函式的特點。 不管在任何溫度下，中性的溶液 AG 永遠是 0。與此不同的是，習慣上認定 25 攝氏度的中性溶液 pH7，其他溫度下中性溶液的 pH 都不是 7。 此外，AG 的值域是 R，而傳統上 pH 的值域是 014。 常見強酸 （從強到弱） 高氯酸 HClO4 氫碘酸 HI 氫溴酸 HBr 鹽酸 HCl 硫酸 H2SO4（Ka1 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。喬治安德魯尤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 180 氟磺酸 FSO3H 1944 pKa 值 156 三氟甲磺酸 CF3SO3H 1940 pKa 值 146 固體超強酸 SbF5SiO2Al2O3，SbF5TiO2SiO2 pKa 值 1375 1452 高氯酸 pKa 值 13 純硫酸 pKa 值 1193 註：pKa 值，哈米特酸度函式 酸的製備 酸和鹽的複分解反應，生成新酸和新鹽 酸性氧化物和水的化合反應 非金屬單質和氫的化合反應 常見的無機酸 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 參考 參看 鹼、鹽基 PH 指示劑 ph 試紙 pH 值 Category 味覺 Category 酸鹼化學