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有機化學的基礎44 酸鹼的力學原理(二)
2009/02/13 00:06
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1.      平衡,就是「作用力」與「反作用力」相等,水的游離平衡,就是(1)水解離出 質子「H+」,和(2)吸回質子產生 氫氧根離子「OH-」的二股力量平衡,二者濃度相乘就是離子們彼此之間的萬有引力:Kw =[H+][OH-],又叫做離子積常數。

2.      25°C的時候,水的離子積常數是Kw= [H+][OH-] =1.00×10 -14次方 莫耳/公升。

3.      酸鹼平衡,就是質子「H+」與氫氧根離子「OH-」的濃度勢均力敵,質子的莫耳濃度是[H+] =1.00×10-7次方 莫耳/公升,氫氧根離子「OH-」的莫耳濃度是[OH-]=1.00×10-7次方 莫耳/公升。

1[H+][OH-] = 1.00*10-7×1.00*10-7=1.00×10 -14次方莫耳/公升

2:每多一個負數的次方,就是總數減少1/10

4.      酸鹼度最大的差距在質子到底是 -「?」次方,為了凸顯這一點,因此設計pH值表示法,只標示問號「?」的數字,例如水的pH7,就是在說水的質子解離濃度是1*10-7次方。

5.      那麼,0.01M莫耳濃度的鹽酸的鹽酸pH是多少呢?0.01M莫耳濃度的鹽酸,解離度100%,一個分子只能釋放1個質子,所以,它的質子濃度是0.01M=1*10-2次方MpH2

6.      公式:pH=log[H+] log是指多少次方,多少次方又叫做指數;加上「」是因為質子莫耳濃度都非常低,都在小數點以下;次方都是負數,而負數不是人類平日生活的思考習慣,所以全部加「」,使數字由負轉正,轉換後的數字越小越酸。

注:[H+]是質子濃度。

7.      pH值,說明在一個固定的空間裡面,展現酸性來源的質子,能夠對周遭環境所施加的力量有多少。pH值,顯示一個「系統」與「周遭」環境的互動情形。

8.      如果要精確衡量一種物質的酸性強弱,就要用pKa值,「pKa值」,說明分子釋放質子的能力有多強。pKa值解釋一個「系統」本身的狀況。

9.      Ka就是酸的游離常數;「Ka」就是「未解離的分子」和「解離後的質子、離子」比較。一個酸分子解離出濃度越高的質子,酸度就越高,相反地,解離出的質子濃度很低,那麼酸度就很低

10.  如果解離出的質子和陰離子,濃度很高,高於未解離的酸分子的濃度,那就是強酸,例如過氯酸HClO4、硫酸H2SO4、氫碘酸HI、氫溴酸HBr、鹽酸HCl、硝酸HNO3,它們的Ka值超過1,因為它們都幾乎100%解離。

11.  如果解離出的質子和陰離子,濃度很低,低於未解離的酸分子的濃度,那就是弱酸,例如,它們的Ka值低於1

12.  為什麼在比較酸分子的解離能力時,要先把陰離子的濃度和質子的濃度「相乘」?因為不論分子、質子或離子都是空間中的質點,它們都有質量、體積,彼此有引力關係。

13.  根據萬有引力定律,「兩質點之間的引力大小」,與它們「質量乘積成正比」,也就是二個質點的質量越大、引力越大,與「距離平方程反比」,也就是距離越遠、引力越小,或者距離越近、引力越大

14.  所以,陰離子和質子的「力量」到底大小多少?要把陰離子和質子的1.質量相乘、2.除以距離平方,才會知道。

15.  但是,對溶液來說,密度高的時候,1.代表質子的數量多,也就是總質量大2.彼此的距離近,互相碰撞、排斥等運動的頻率變高;密度低的時候,就是1.代表質子的數量少,也就是總質量小2.彼此的距離遠,互相碰撞、排斥等運動的頻率變低

16.  因此,在衡量酸的游離常數時,我們將「質子的濃度」和「陰離子的濃度」相乘,來總計解離後的總力量。

17.  再次說明,莫耳濃度,就是 「質點的數量」÷「體積」。數量越多、質量越大,所以「質點的數量已經隱含「質量」的意思,而體積是把兩質點的線性距離,拓展成3度空間,所以,「體積」隱含「距離」的意思。

18.  所以,在計算酸性Ka值的時候,我們把「質子的莫耳濃度」×「陰離子的莫耳濃度」,就是在計算這二種粒子的萬有引力。

19.  如果把化學反應關係,想成「化學反應前分子的作用力」,與「反應後產生的分子的反作用力」;那麼,酸的解離就是,「酸分子的作用力」,與「解離後的粒子的反作用力」的關係。

20.  強酸就是「解離後的粒子的反作用力」強於「酸分子的作用力」,弱酸就是「解離後的粒子的反作用力」小於「酸分子的作用力」。

21.  pKa值」,說明分子釋放質子的能力有多強。這個指標很重要的原因是,分子的酸性強弱,往往與它們本身的性質有關。

22.  格局變了 心就變了:他用壞的東西,穿舊的衣服,都捨不得丟。家裡堆滿辦公室裡順手拿回來的東西,如原子筆、便條紙。喜歡研究省電方式,固然也是好習慣,但連開冰箱也規定自己一天不能開5次,也太過分了。

23.  加油時,為了一點錢跟工讀生鬧脾氣。停車時,常與人互不相讓,黑羊白羊事件一再重演。下班後老是抱怨同事把不該他做的事堆到他頭上,或公司規定不合理。小家子氣,意謂成不了大器。因為他不會有魄力,也不會有格局。

24.  她因為工作緣故,看多了許多有魄力的男人後,決定不要把這條路走下去。因為,女人的心變大了。感情變化不一定是因為外力,大多數是因為自己的格局變了,原來那一個小小的盒子,已經裝不了他的心。【吳淡如 蘋果5.5.2008摘要 

徐弘毅2009.2.12

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