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你不知道的化学冷知识:化学之最

本文摘要:世界最强酸:氟锑酸(fluoroantimonic acid)世界上最强酸是什么酸?是不是王水?是高氯酸!~而大多数人心中的谜底,最强酸可能是:硫酸其实,这个问题涉及到化学里一个最基本的问题,什么是酸?在《元素家族》“氧”的篇章,拉瓦锡将氧元素命名为“酸素”,他认为氧是形成酸的元素,所有酸中都含有“氧”这种酸素。这一看法被戴维打破了,他在对氯的研究历程中发现盐酸不含氧元素,类似的,其他氢卤酸、氢硫酸、氢碲酸也都不含有氧元素。

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世界最强酸:氟锑酸(fluoroantimonic acid)世界上最强酸是什么酸?是不是王水?是高氯酸!~而大多数人心中的谜底,最强酸可能是:硫酸其实,这个问题涉及到化学里一个最基本的问题,什么是酸?在《元素家族》“氧”的篇章,拉瓦锡将氧元素命名为“酸素”,他认为氧是形成酸的元素,所有酸中都含有“氧”这种酸素。这一看法被戴维打破了,他在对氯的研究历程中发现盐酸不含氧元素,类似的,其他氢卤酸、氢硫酸、氢碲酸也都不含有氧元素。但戴维没有提出他的酸碱理论,与他同时代的大多数化学家(如贝采尼乌斯)仍然认同拉瓦锡的酸素理论。

1838年有机化学之父李比希在研究了众多有机酸之后提出,所有的酸都含有氢元素,它可以被金属置换出来,酿成氢气。“酸素”终于从氧酿成了氢。

1884年瑞典物理学家、化学家阿伦尼乌斯在李比希的基础上,总结了大量的化学现象,第一次提出了现代的酸碱电离理论。之前许多人以为酸在水溶液中电离出氢离子,从现代科学的看法来看,这太恐怖了,氢离子就是一个裸质子,它太小了,没什么能挡得住,简直可以在水里自由穿梭。阿伦尼乌斯认为,氢离子在水溶液中不能单独存在,而是去极化了一个水分子,获得一个水合氢离子, 在水中真正体现出酸性的是水合氢离子,也正是这个水合氢离子让我们的舌头感受有“酸味”。1905年富兰克林进一步生长了酸碱电离理论,提出了酸碱溶剂理论:通常在溶剂中发生该溶剂的特征阳离子的溶质叫酸,发生该溶剂的特征阴离子的溶质叫碱。

好比在液氨中,能电离出铵离子(NH4+)的是酸,而发生胺负离子(NH2-)的是碱。1923年丹麦化学家布隆斯特和英国化学家劳里划分独立的提出了酸碱质子理论:通常能够给出质子的物质都是酸,通常能够接受质子的物质都是碱。

这个理论指出,酸和碱都是相对的,好比碳酸氢根离子既能和盐酸反映也能和烧碱反映。当它和盐酸反映时,它接受质子,是一种碱;而和烧碱反映时,它提供质子,是一种酸。1923年化学家路易斯毕生都在研究原子中的电子在差别情形下如何运动,他认为既然化学反映是原子在交流电子,那么酸碱反映自然也不破例。

好比盐酸溶于水,离解为水合氢离子和氯离子,他认为不应该强调氢离子,而是在相反的偏向强调带走了电子的氯离子。如此一来,酸就不应该是质子提供者,而是电子剥夺者,而碱是电子提供者。这才是最能反映酸碱反映实质、最广义、最普适的酸碱理论——酸碱电子理论。关于氟锑酸的发现在1966年,美国化学家奥莱教授的一个助手不小心将一块蜡烛丢在了一个装了酸的容器里,他惊讶的发现蜡烛很快溶解了。

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蜡烛是一种长链烷烃,主要到场自由基反映,一般认为它们是“老老实实的”有机物,跟酸碱反映从来就是绝缘的!奥莱教授也震惊了,他领导团队仔细研究了一下,发现溶解蜡烛的酸是五氟化锑和氟磺酸的混淆物。由于该现象过于神奇,奥莱团队给这种酸起名“魔酸”。他们又给反映后的蜡烛溶液做了核磁共振分析,发现其中竟然有一个尖锐的碳正离子峰,说明“魔酸”竟然将烷烃给质子化了。

他们继续实验,发现“魔酸”不仅可以攻克蜡烛的防线,其他烷烃、烯烃的碉堡也都一座又一座被“魔酸”这种超级攻城利器攻克了,生成了一种又一种碳正离子。一直以来,碳正离子仅仅存在于化学家的理论中,作为一种假设的中间产物,而奥莱团队终于发现,碳正离子不仅真是存在,而且可以生存在魔酸溶液里,到场下一步的反映。

1994年,因为对碳正离子的研究,奥莱被授予当年的诺贝尔化学奖。图 氟锑酸中,电离出的氢离子(右),实际上是氟化二氢阳离子)和六氟合锑阴离子(左),可以看到,六氟合锑阴离子的笼形结构让负电荷匀称漫衍在魔酸之后,又发现了更强的超级酸——氟锑酸。

氟锑酸是氢氟酸和五氟化锑反映后的产物,属于超强酸,氢离子能自由运动,险些不受束缚,因此该物质有强酸性。它比纯硫酸要强2×1019倍,为已知酸性最强的物质。相比于魔酸,氟锑酸里的氢离子越发痛快酣畅的游荡着,氟锑酸的酸性也就比魔酸更强。其极具危险性:1. 氟锑酸会与水发生强烈反映甚至爆炸,若溶剂为水,则与其他酸的强度无法区分。

2. 盛氟锑酸的容器必须用特氟龙(即聚四氟乙烯)的质料盛装,其他塑料会被严重腐蚀。除了最强酸,另有许多有趣的“化学之最”:世界最强碱液体最强碱一般认为,三甲基硅烷基氯化镁[Me3SiMgCl]是已知的能以溶液形式存在的最强的碱。用一倍物质的量的硅化镁固体和三倍物质的量的一氯甲烷反映可以制得三甲基硅烷基氯化镁。

反映如下:3CH3Cl + Mg2Si = (CH3)3SiMgCl + MgCl2用三甲基硅烷液体作为溶剂,溶解提取出生成的三甲基硅烷基氯化镁,即获得20%-40%的碱液。固体最强碱如Li4C、Mg2Si、Na3B(硼化三钠)等,其对应的共轭酸pKa值往往凌驾120,甚至到达150-160。

他们的碱性强到险些不能够以溶液形态存在。例如:Na3B溶解于丁硅烷Si4H10会发生配位反映,生成[(Si4H10)B4]12-尔后析出氢化钠形成硼硅加合物。

另外有些碱如Li3N、Ag3N等,难溶于大多数有机溶剂,却能在固相中发生很强的碱性反映。他们也被称为固体超强碱。人工最早合成的元素:锝1937年意大利科学 家塞格里(B.Segre)和佩里厄(C.Perrier)在美国加利福尼亚大学合成最生动的金属:铯已往一般认为最生动的金属元素是钫,可是由于自然界钫的含量太低,以及钫的半衰期太短,现在对钫的研究还停留在理论阶段单质中纯度最高的元素:硅现在人们 已经制得了纯度为99.9999999999%的晶体硅,。


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