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碱的催化机理探讨

投稿时间:2017-04-17 10:39 投稿人:马勋涛 【字号: 访问量:

人们都熟悉酸与金属元素的置换反应,很多金属都能把酸中的氢置换出来,那是因为酸中有活泼的氢元素存在。然而,在强碱性溶液中,很多两性金属元素如锌、铝、镓、铟、锗、锡等,以及非金属元素硼、硅、磷等,都能够把水中的氢元素置换出来。你无法用酸性或者氢离子的氧化性去解释,而从氢氧根离子来看,仅仅具有碱性以及一定的还原性,很难看出有什么奇特作用,以至于能发生以上反应。这说明我们对于碱的认识还远远不够。

作者在本栏目发布的《酸》一文,提到了酸在水溶液中可以形成四价氧化合物的观点,为酸碱的催化作用提供了一种新的解释方法。

氧可以有四价的观点,颠覆了大家的旧观念,但是,仔细思考,完全有根据。氧元素在化合物在通常以二价存在,外围电子达到了8个电子的稳定结构,那么8个电子的稳定结构是否还可以形成新的化学键吗?可以!最简单的例子是氙的化合物,如XeF2。关键是要形成稳定的结构,键合的原子是有一定条件的。键合原子不足以破坏8个电子的稳定结构,否则,就容易发生化学反应,破坏了这个结构。

强酸在水溶液中就会产生这种结构。同样,在强碱性水溶液中,水实际就相当一种酸,氢氧根中的氧原子就会产生四价氧的结构。一个氧原子键合三个氢原子及一个羟基。这种结构的氢原子与羟基的化学键比水分子有很大的减弱。因此,强碱性水溶液不仅仅能够提供氢氧根离子,而且容易提供羟基和氢原子。这就是强碱性水溶液的催化能力所在。

硼、硅、磷等在与强碱性水溶液反应时,首先是羟基对元素的氧化反应,产生一定形式的酸或者两性氢氧化物,再与碱发生中和反应,H3O自反应生成水与氢气。

其实,具有8个电子的稳定结构的其它很多离子,都可以再形成新的化学键,例如多卤阴离子的存在就是很好的证明。