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质疑酸的电离作用

投稿时间:2016-11-07 17:03 投稿人:马勋涛 【字号: 访问量:

一、水的导电性与水自电离的的关系

纯水在标准状态下有微弱的导电性,人们认为是水自电离所导致的结果。

水的自电离是水分子通过极性增大,共价键异裂形成水合氢离子与氢氧根离子的过程。

水的导电性随着温度的增大而增大,同时人们认为水的自电离增大了。

随着温度的不断提高,压力的不断增大,超过374°C、22.1Mpa的临界条件下,水的状态呈现超临界状态。其性质发生了质的变化,例如,在600°C、24.6Mpa时,水的介电常数为1.2,成为非极性分子溶剂,它可以溶解几乎所以的有机物乃至氮、氧等等气体,而无机物特别是离子型的化合物则难以溶解。

这给我们一个强烈的信号:水分子能量增大,向极性减小的方向发展,趋于发生分解过程。水在高温下,分解为氢气和氧气,这说明水分子共价键的断裂必定是均裂,首先产生氢原子和羟基,羟基具有氧化性,可以从阴极夺取电子形成氢氧根离子,成为电荷传递的媒介,这就是水产生导电性的原因所在。氢氧根离子并不是水电离所产生的。

超临界水在1000°C以上,高压下密度达到2g∕cm3时,便具有了高导电性,类似熔融的盐类。这更加证明了水的导电并不是自电离的结果,而是化合物分解反应过程中产生自由基的结果所致。

不仅仅是共价化合物,其实离子化合物例如“氯化钠气体在正常情况下只能离解成原子”(科顿,高等无机化学)。因此说,能量作用下,分子只能发生分解而非电离。因为分子吸收能量后,电子的运动加剧,运动范围扩大,失去电子的几率增大,而获得电子的可能性减小。失去了共价键发生异裂的根据。

因此,我们可以认为水的导电性是水分子初步分解产生可以传导电子的游离基所致,而并非是电离的结果。

二、氢氟酸酸性之谜

酸的电离是有极性分子的吸引所导致的吗?

众所周知,自电离很弱的液态HF则是一种超强酸,稀的氢氟酸溶液是一种弱酸,但是在浓溶液中,电离度很快上升,5-15M的氢氟酸溶液是一种比较强的酸。

如果说在稀溶液中,水分子的作用没有HF分子的作用大,随着浓度增大体现出了HF分子的作用,那么随着浓度进一步的增大以至于没有水分子的存在,大于15M的HF的电离度会继续增大,然而事实却是相反的结果,液态HF的电离很弱;这说明并不是溶剂分子的极性大小决定离解度的大小。

氢氟酸虽然是弱酸,但是它的中和热却比强酸的还要大,说明中和反应并不是水化氢离子与氢氧根离子的简单结合,人们还没有真正认识到酸概念的本质。

三、共价键向离子键过渡之谜

卤化氢分子的极性规律是HF>HCl>HBr>HI,分子的极性增大,共价键向离子键过渡,如果说酸性是给出氢离子的结果,那么酸的强度规律应该与分子的极性规律相一致,然而事实恰恰相反。因此人们解释酸的强度规律时用化合物分子的变形性来解释;认为分子的变形性越大,在受到碰撞时越容易电离,因此酸性就会越强。其实,这恰恰是混淆了电离和离解这两个概念,电离概念仅仅适于离子化合物,可以反映事实;而离解概念既可以包括离子化合物的电离,也可以体现共价化合物共价键的均裂而给出中性原子的行为。而这种行为给溶液的导电性提供了一种新的导电机理存在的可能性。

变形性大是共价键弱的结果,共价键弱只能是更加容易均裂,与异裂没有半点关系。

仅仅HF有比较大的离子性,科顿用离子之间的静电吸引来解释HF共价键的成因,得到满意结果,然而它毕竟还是共价键,更不用说其它卤化氢形成离子的可能性了。用分子极性小、变形性大来解释酸的强度规律其实就是南辕北辙的做法。

那些具有较大变形性的酸性分子,如液氨中的AsH3、SbH3、BiH3,水溶液中的H2Te、HI等等,可以用容易吸附氢气的材料如钯等为容器,在强压下加热,以促使其分解,如果能分解则反映出共价键的均裂行为,表明酸性并非是电离的结果。

酸的导电性,人们都认为是酸的电离作用所致,电离是酸与水分子作用的结果,而水分子的作用,不外乎是吸引作用、碰撞作用,化合作用,而温度则反映碰撞的程度大小。从上面的案例我们可以看到,溶剂分子的吸引不能改变酸分子的固有极性,使其发生共价键的异裂;高温下面的剧烈碰撞,反而使分子的极性变小,更加趋向于共价键的均裂;因此,酸的本性不是电离作用,而是分解与再化合,在水溶液中形成了人们还难以接受的新物种、概念——水溶液中四价氧化合物。我们将自己认为的离子化合物H3O+Cl通过离子的极化变化为共价键,不就是四价氧的化合物吗?这些水合物哪有离子化合物的特征,只能在很低的温度下面才能存在,分明是分子化合物的特征。

酸的导电性不是电离的结果,而是离解的结果,不一样的导电机理。因此,我们必须重新重视对化合与分解概念的深入理解,分解性的增强,不是电离的增强。