Friday, July 17, 2009

琥珀酸

琥珀酸

琥珀酸
IUPAC英文名 Butanedioic acid
其他名称 丁二酸
乙烷-1,2-二羧酸
识别
CAS号 110-15-6
SMILES OC(CCC(O)=O)=O
性质
化学式 C4H6O4
摩尔质量 118.09 g mol-1
密度 1.56 g/cm³
熔点 185–187 °C
沸点 235 °C (508 K)
若非注明,所有数据都依从国际单位制,以及来自标准状况(25 °C, 100 kPa)的条件。

琥珀酸IUPAC中文名称为丁二酸;传统认为它是琥珀的精髓)是一种二羧酸,化学式为HOOC–CH2–CH2–COOH。

常温的情况下,纯琥珀酸是固体,呈无色无味的晶体。它的熔点沸点分别是185°C及235°C。它形成的阴离子称为琥珀酸根离子,是三羧酸循环其中的一分子,且是能够在以下化学反应中放出电子电子传递链

琥珀酸盐 + 黄素腺嘌呤二核苷酸延胡索酸盐 + FADH2

这个过程由琥珀酸脱氢酶(或是由粒线体电子传递链中的复合物II)所催化。该复合物是4亚单位膜结合脂蛋白,配合琥珀酸的氧化作用泛醌还原作用。中介电子载体为黄素腺嘌呤二核苷酸及3个B亚单位Fe2S2群集部份。

琥珀酸的称为二烃基琥珀酸琥珀酸酯

[编辑] 历史

琥珀酸是将琥珀沙缸磨制及蒸馏而抽取出来。它主要是用来外用治疗风湿科痛症,及内服治疗慢性尿道炎

[编辑] 安全

琥珀酸是可燃烧腐蚀的,能够造成灼伤。吸入、摄取及皮肤吸收都是有害。在处理琥珀酸后必须洗净,而与眼睛接触会造成严重伤害。

琥珀酸的营养补充食品形式是食品添加剂膳食补充剂,并经由美国食品药物管理局批准为食用安全。

柠檬酸

柠檬酸

柠檬酸
柠檬酸
IUPAC英文名 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid
其他名称 枸橼酸、2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸
识别
CAS号 77-92-9
PubChem 311
性质
化学式 C6H8O7
摩尔质量 192.123 g mol-1
外观 白色晶体
密度 1.665 g/cm³
熔点 153 °C
沸点 175°C 分解
中的
溶解度
133 g/100 ml (20°C)
pKa pKa1=3.15
pKa2=4.77
pKa3=6.40
危险性
主要危险 对皮肤和眼部有刺激性
闪点 ?°C
相关化学品
相关化学品 柠檬酸钠柠檬酸钙
若非注明,所有数据都依从国际单位制,以及来自标准状况(25 °C, 100 kPa)的条件。

柠檬酸(英文:Citric Acid)是一种,广泛分布于植物如柠檬菠萝醋栗覆盆子葡萄汁等中。是三羧酸循环的重要组成部分。

柠檬酸有水合物无水物两种形式。水合物在100°C时熔化,密度1.542g/cm3(18°C)。无水物为无色晶体或粉末,熔点153°C。

[编辑] 性质

有强酸味。溶于乙醇乙醚

[编辑] 制备

可从植物原料中提取,也可由糖进行柠檬酸发酵制得。

[编辑] 用途

柠檬酸用于制造药物汽水糖果等,也可用于金属清洁剂媒染剂等。

柠檬酸主要用于医药工业中,柠檬酸铁铵为补血剂,柠檬酸钠为输血剂,并可作碱性中毒的解毒剂。食品工业中用于制作饮料、糖果的酸味剂,也可用作清洗剂。

苹果酸

苹果酸

苹果酸
苹果酸
IUPAC英文名 hydroxybutanedioic acid
其他名称 2-羟基丁二酸
识别
CAS号 6915-15-7
EINECS号 230-022-8
性质
化学式 C4H6O5
摩尔质量 134.09 g mol-1
密度 1.609 g/cm³
熔点 130 °C
中的
溶解度
558 g/l (20 °C)[1]
pKa pKa1 = 3.4
pKa2 = 5.13
若非注明,所有数据都依从国际单位制,以及来自标准状况(25 °C, 100 kPa)的条件。

苹果酸2-羟基丁二酸,是一个二羧酸,化学式为HO2CCH2CHOHCO2H。分子中含有一个不对称碳原子,因此有两种旋光异构体和一种外消旋体。它是三羧酸循环的中间物之一,由反丁烯二酸水合生成,继续氧化得到草酰乙酸。存在于苹果、葡萄、山楂等果实中,苹果酸首先从苹果汁中分离出来,是苹果汁酸味的来源,并因此得名。它也用作食品添加剂

[编辑] 化学性质

保罗·瓦尔登发现构型翻转现象时,使用的化合物是苹果酸。他用三氯化磷中处理(-)-苹果酸,得到了(+)-氯代苹果酸,再用氢氧化银(新制氧化银)处理得到了(+)-苹果酸;同样,他发现用三氯化磷处理(+)-苹果酸也可得到(-)-氯代苹果酸,再用氢氧化银处理得到了(-)-苹果酸。从此他发现了使苹果酸发生构型翻转的实验方法。

发烟硫酸作用,苹果酸发生自缩合反应得到吡喃酮的衍生物香豆酸[2]

香豆酸合成

[编辑] 参见

在各种酸碱理论中,(Base)都是指与相对的一类物质。碱多指碱金属碱土金属氢氧化物,而对碱最常见的定义是根据阿伦尼乌斯(Arrhenius)提出的酸碱离子理论作出的定义:碱是一种在水溶液中可以电离氢氧根离子并且不产生其它阴离子的化合物。随后这个定义被扩展为提供氢氧根或者吸收氢离子的化合物。

根据不同的酸碱理论,碱有着不同的定义

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[编辑] 溶液的碱性

在阿伦尼乌斯酸碱离子理论中,碱都是可溶于水的,并且它们的水溶液pH值都大于7。碱在溶液里提供氢氧根或者吸收氢离子,造成溶液中的OH-比H+多,而常温下纯的pH值为7——即中性时OH-浓度为10-7mol/L,所以使得pH值上升。

如1mol/L的氢氧化钠溶液,

NaOH → Na+ + OH-

按上式完全电离,氢氧根浓度也是1mol/L,根据水的离子积得[H+]=10-14mol/L,所以此时溶液的pH为14。

一些非氢氧化物可以在水中水解,产生氢氧根而显碱性:

Na2CO3 + H2O → 2Na+ + HCO3- + OH-
NH3 + H2O → NH4+ + OH-

但只要是能在水中产生氢氧根的物质,就都能与(尤其是强酸)发生中和反应。以NaOH和HCl的反应为例:

NaOH → Na+ + OH-
HCl → H+ + Cl-

然后生成水:

H+ + OH- → H2O

与Na2CO3、NH3的反应可以仿照写出。

[编辑] 其他酸碱理论中碱的定义

[编辑] 酸碱质子理论中碱的定义

酸碱质子理论(Brønsted-Lowry理论)中,碱是能接受质子(氢离子)的物种,碱与质子结合后形成的物种叫做碱的共轭酸。例如在以下的反应中,水扮演碱的角色,其共轭酸为 H3O+

CH3COOH + H2O → H3O+ + CH3COO-

酸碱质子理论可以延伸到非水溶液的情形。

[编辑] 酸碱电子理论中碱的定义

酸碱电子理论(Lewis理论)中,碱是能给出孤对电子的物种,对于一切有空轨道的物种,碱都可与之进行加合反应。这个定义的范围是最广的。

酸碱电子理论的碱又称为路易斯碱,如以下的例子中,氯离子提供孤对电子对,即为路易斯碱。

AlCl3 + Cl- → AlCl4-

[编辑] 碱的性质

  • 使酸碱指示剂变色:使红色石蕊试液变蓝,无色酚酞变红
  • 发生中和反应:碱 + 酸 → 盐 + 水
NaOH + HCl → H2O + NaCl
2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
  • 和某些非金属氧化物反应:碱(可溶) + 某些非金属氧化物 → 水 + 盐
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O
  • 通常有滑腻感、味道苦,而且是腐蚀性。因此多用作清洁用途,腐蚀和去除污垢

[编辑] 常见的碱

(有时用“HA”表示)的传统定义是当溶解在中时,溶液中氢离子的浓度大于纯水中氢离子浓度的化合物。换句话说,酸性溶液的pH值小于7。 酸一般呈酸味,但是品尝酸(尤其是高浓度的酸)是非常危险的。酸可以和碱发生中和作用,生成。酸可分为无机酸有机酸两种。

  • 氢氯酸,硫酸和硝酸都被称为矿酸,因为它们从前都是透过矿物制得的。
  • 浓酸具腐蚀性,而稀酸则具刺激性(注意:稀氢氟酸也具有腐蚀玻璃的能力)。

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[编辑] 酸的定义

酸在化学中主要有以下三种定义:

  1. 阿伦尼乌斯(S. Arrhenius)酸。指的是溶解于时释放出的阳离子全部氢离子化合物
  2. 布朗斯特.劳里(Brønsted-Lowry)酸。这种定义认为能提供质子的粒子是酸,能接受质子的粒子是。参看酸碱质子论。它比阿伦尼乌斯的定义要广泛,因为这种定义下的酸包含了不溶于水的物质。
  3. 路易斯(Lewis)酸。酸被定义为电子的接受者,这是范围最广泛的定义,因为路易斯酸碱不需要氢或氧的存在。参看酸碱电子论

[编辑] 酸的性质

  • 带有酸味
  • 酸性溶液(包含酸溶液)能使通用酸碱指示剂变成偏暖色。主要是因为酸能释放出氢离子(H+)。
其他指示剂:
  • 蓝色石蕊试纸:酸能令蓝色石蕊试纸(一种能显示酸性的纸张)变成红色。
  • 甲基橙:当pH值是0至3.1,酸能令甲基橙由黄色变成红色;当pH值是3.1至4.4,酸能令甲基橙由黄色变成橙色。
  • 酸基本上对酚酞不会起颜色变化,维持无色,但当pH值小于0时,酚酞的颜色会转变成橙红色;在pH为0至8.2时为无色透明;在pH为8.2至12时为粉红色;在pH为12以上为无色。
  • 所有酸的水溶液都能够导电,这是由于氢离子及酸根离子的存在,它们可以在电极之间作电荷交换,从而导电。因此酸也是一种电解质。
  • 和某些金属单质反应 :

稀酸能与部分金属单质(多是活性高于铜Cu的金属,如钙Ca、镁Mg、铁Fe、锌Zn等)产生反应,生成盐和氢气。

金属活性序(由高至低):钾K、钠Na、钙Ca、镁Mg、铝Al、锌Zn、铁Fe、锡Sn、铅Pb、铜Cu、汞Hg、银Ag、铂Pt、金Au)

稀酸 + 金属 → 氢气 + 盐
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
  • 稀酸不会和铜、汞、银、铂、金等金属反应。稀硝酸和金属的反应比较特别,它会和金属产生氧化还原反应,生成一氧化氮NO(无色气体)而不会产生氢气,只有极稀的硝酸才会和金属缓慢反应产生少量的氢气。因此在工业中很少用硝酸直接与金属接触制备硝酸盐,多利用置换反应制造。
  • 要注意的是金属单质铅Pb和稀酸(特别是硫酸H2SO4和盐酸HCl)的反应中,基于铅的活性什低,起初反应速度十分缓慢,而这反应还会在很短时间内停止。因为氯化铅PbCl2和硫酸铅PbSO4也是不水溶性的固体,它会覆盖在金属铅表面形成保护膜阻止了金属铅与酸反应,而令该反应逐渐停止。
  • 钾K和钠Na由于太过活跃,会和稀酸产生危险的爆炸性反应,因此工业上不会利用此方法制备钾盐和钠盐。
  • 铝虽然也是十分活跃,但它一暴露在空气中就会与空气中的氧气生成致密氧化物保护膜,也会阻止了之后酸和金属铝的接触反应,所以金属铝不在此列。铝 能够与稀的强酸(如稀盐酸,稀硫酸等)进行反应,生成氢气和相应的铝盐。在常温下,铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化,不与它们反应,所以浓硝酸是用铝罐(可维 持约180小时)运输的。
酸 + 碱 → 盐 + 水。主要是因为酸中的氢离子(H+)和中的氢氧根离子OH-结合成水(H2O),是复分解反应
HCl + NaOH → H2O + NaCl
H+ + OH- → H2O
  • 和金属氧化物发生反应,生成盐和水
酸 + 金属氧化物 → 水 + 盐
2H+ + O2- → H2O
2HCl + CuO → CuCl2 + H2O
H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O
  • 和碳酸盐反应生成盐、二氧化碳和水
碳酸盐 + 稀酸 → 盐 + 二氧化碳 + 水
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O
Na2CO3 + H2SO4Na2SO4 + CO2 + H2O
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2 + H2O
  • 和碳酸氢盐反应生成盐、二氧化碳和水
碳酸氢盐 + 稀酸 → 盐 + 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 + 盐 → 新盐 + 新酸(强酸 → 弱酸)
2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + H2O + CO2
H2SO4 + Ba(ClO3)2 → BaSO4 + 2HClO3

[编辑] 食物中的酸

所有存在于天然食物中的有机酸都是弱酸。

[编辑] 酸性与氢离子的关系

  • 所有酸都能溶在水中产生水溶液且能导电,这证明了所有酸都可以在水中离解出离子。
  • 当酸和金属反应会产生氢气,该氢气是原自酸的氢离子。
  • 所有酸的水溶液都是含有氢离子,只有这样才能显出酸的特性。
  • 纯净无水的酸都是含氢的共价分子结构化合物,它们溶于水中时会脱出其氢原子。
  • 酸溶液的氢离子浓度愈高,其酸度就愈高。

[编辑] 依电离氢离子数目分类

盐基度是一种酸的每个分子最多能电离出的氢离子的数目。

HCl --> H+ + Cl -
HNO3 --> H+ + NO3-
HNO2 --> H+ + NO2-
H2SO4 --> 2H+ + SO42-
H2SO3 --> 2H+ + SO32-
H2CO3 --> 2H+ + CO32-
H3PO4 --> 3H+ + PO43-

一元酸以外的酸都称为二元酸或多元酸

[编辑] 浓酸的危险性

  • 浓酸都大多有强烈腐蚀性,如浓硫酸,它们都能对人体造成严重的化学烧伤
  • 浓酸的特性:
  • 浓氢氯酸含35%氯化氢分子,浓度约为11M,是无色液体,具高度挥发性和腐蚀性。
  • 浓硝酸含70%HNO3分子,浓度约为16M,是无色液体(但很多时候因有分解反应令浓硝酸溶有红棕色的二氧化氮),具高度挥发性,易分解出有毒的二氧化氮气体,硝酸有极强氧化性,因此造成极强腐蚀性。自我分解反应如下:4 HNO3 → 2 H2O + 4 NO2 + O2
  • 浓硫酸含98%硫酸分子,浓度约为18M,是无色油状液体,不具挥发性,导电性能极低,但具极强的腐蚀性、氧化性和脱水性

[编辑] 处理浓酸要注意的地方

  • 浓酸应安放在烟橱中。
  • 人手处理浓酸时要戴防护手套和安全眼镜。
  • 稀释浓酸时,是要慢慢地把浓酸加入搅动中大量水中而不能相反,否则可引致沸腾,水连同强酸溅出可引致极大的危险。
  • 若被强酸溅到人体,先用干布拭去,再用大量清水冲洗伤口,再用小苏打溶液冲洗,严重则要立即送医治理。

[编辑] 常见的无机酸

主条目:无机酸列表

[编辑] 强酸

主条目:强酸
常见的强酸──硫酸的立体模型

强酸,是指在水溶液中完全电离硫酸这类多元酸不在此限),或以酸度系数的概念理解,则指pKa值 < −1.74的酸。这个值可以理解为在标准状况下,氢离子浓度等同于加入强酸后的溶液浓度。

大部分强酸均是腐蚀性的,但当中亦有例外。例如超强酸当中的碳硼烷酸(H(CHB11Cl11),其酸性比硫酸高百万倍,但却完全不带有腐蚀性[1];相反,弱酸当中的氢氟酸(HF)却带有高度腐蚀性。它能够溶解极大部分的金属氧化物,诸如玻璃及除了以外的所有金属[2]

强酸在水溶液中完全离解的化学方程式如下所示:

HA(aq) → H+(aq) + A(aq)

一般酸不会在水中完全离解,因此多以化学平衡而不是完全反应的形式表示,弱酸就是指不完全离解的酸。用酸度系数作为区别强酸与弱酸的作用并不明显(因为数值差距较难理解及不明显),因此用方程式去区别两者更为合理。

由于强酸在水溶液中完全离解,因此氢离子在水中的浓度等同于将该酸带到其他的溶液当中:

[HA] = [H+] = [A];pH = −log[H+]

[编辑] 酸性强度的判别

除了透过计算pH值来衡量不同酸的强度外,透过观察以下的性质也可以判别出不同类别的酸的强度:

  1. 电负性:在同一元素周期下其共轭碱的负电性愈高,它的酸度就愈高。
  2. 原子半径:原子半径增加,其酸度也会增加。以氢氯酸氢碘酸为例,两者均是强酸,在水中均会电离出100%的相应离子。但是氢碘酸的酸度比氢氯酸要强,这是因为碘的原子半径远大于氯的原子半径。带有负电荷的碘阴离子拥有较离散的电子云,因此与质子(H+)的吸力较弱,因此,氢碘酸电离(去质子化)的速度更快。
  3. 电荷:电离后的物质愈带有正电荷,就愈高酸度。因此中性离子较阴离子容易放出质子,阳离子也比起其他分子均具有更高酸度。

[编辑] 常见强酸

(从最强到最弱)

[编辑] 超强酸

主条目:超强酸

超强酸通常指酸性比纯硫酸更强的酸。简单的超强酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)和氟磺酸(FSO3H),它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下,超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。

超强酸这一术语由詹姆斯·布莱恩特·科南特(James Bryant Conant)于1927年提出。乔治·安德鲁·欧拉因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖。

常见的超强酸(从最强到最弱):

[编辑] 参考

  1. ^ Christopher A. Reed.Carborane acids. New "strong yet gentle" acids for organic and inorganic chemistry(Full article (reprint)).Chem. Commun.,2005:1669–1677.doi:10.1039/b415425h
  2. ^ Strachan, John(1999年1月17日).A deadly rinse: The dangers of hydrofluoric acid.Professional Carwashing & Detailing.于2008年4月30日查阅.

pH值

pH值

pH值,亦称氢离子浓度指数酸碱值,是溶液离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液程度的衡量标准。这个概念是1909年丹麦生物化学家Søren Peter Lauritz Sørensen提出。p代表德语Potenz,意思是力量或浓度,H代表氢离子(H+)。有时候pH也被写为拉丁文形式的pondus hydrogenii

通常情况下(25、298K左右),当pH<7的时候,溶液呈酸性,当pH>7的时候,溶液呈碱性,当pH=7的时候,溶液为中性

pH值允许小于0,如 盐酸(10 mol/L)的pH为-1.

目录

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[编辑] 定义

一些常见物质的pH值
物质
pH
盐酸(10 mol/L)
-1.0
铅酸蓄电池的酸液
<1.0
盐酸(1 mol/L)
0
磷酸(1 mol/L)
1.08
胃酸
2.0
柠檬
2.4
可乐
2.5
食醋
2.9

3.5
苹果
4.0
啤酒
4.5
咖啡
5.0

5.5
酸雨
<>
癌症病人的唾液
4.5-5.7
牛奶
6.5
氯化钠溶液
7.0
健康的唾液
6.5-7.4
血液
7.34 - 7.45
海水
8.0
洗手
9.0 - 10.0
家用氨水除垢剂
11.5
漂白水
12.5
家用氢氧化钠
13.5
氢氧化钠(1 mol/L)
14

pH值的计算公式如下:

\mbox{pH} = -\log_{10} \left[ \mbox{H}^+ \right]= \log_{10} \frac{1}{\left[ \mbox{H}^+ \right]}

其中[H+]指的是溶液中氢离子的活度(有时也被写为[H3O+],水合氢离子活度),单位为莫耳,在稀溶液中,氢离子活度约等于氢离子的浓度,可以用氢离子浓度来进行近似计算。

标准温度和压力下,pH=7的水溶液(如:纯)为中性,这是因为水在标准温度和压力下自然电离出的氢离子和氢氧根离子浓度的乘积(水的离子积常数)始终是1×10-14,且两种离子的浓度都是1×10-7mol/L。pH值小于7说明H+的浓度大于OH-的浓度,故溶液酸性强,而pH值大于7则说明H+的浓度小于OH-的浓度,故溶液碱性强。所以pH值愈小,溶液的酸性愈强;pH愈大,溶液的碱性也就愈强。

在非水溶液或非标准温度和压力的条件下,pH=7可能并不代表溶液呈中性,这需要通过计算该溶剂在这种条件下的电离常数来决定pH为中性的值。如373K(100℃)的温度下,pH=6为中性溶液。

[编辑] 测量

有很多方法来测量溶液的pH值:

  • 在待测溶液中加入pH指示剂,不同的指示剂根据不同的pH值会变化颜色,根据指示剂的研究就可以确定pH值的范围。滴定时,可以作精确的pH标准。
  • 使用pH试纸,pH试纸有广泛试纸和精密试纸,用玻棒蘸一点待测溶液到试纸上,然后根据试纸的颜色变化并对照比色卡也可以得到溶液的pH值。上方的表格就相当于一张比色卡。
    • pH试纸不能够显示出油份的pH值,由于pH试纸以离子制成和以离子来量度待测溶液的pH值,但油中没含有离子,因此pH试纸不能够显示出油份的pH值。
  • 使用pH计,pH计是一种测量溶液pH值的仪器,它通过pH选择电极(如玻璃电极)来测量出溶液的pH值。pH计可以精确到小数点后两位。

[编辑] pOH

pOH(氢氧根离子浓度指数)是和pH相对应的表示溶液中氢氧根离子活度的概念,定义如下:

\mbox{pOH} = -\log_{10} \left[ \mbox{OH}^- \right]

当在298K(25℃)的时候,水的离子积Kw = [H+][OH-]=10-14 因为log Kw = log [H+] + log [OH-],所以此时pOH=14-pH。

[编辑] 应用

由pH值的定义可知,pH值是衡量溶液酸碱性的尺度,在很多方面需要控制溶液的酸碱,这些地方都需要知道溶液的pH值:

  • 医学上:人体血液的pH值通常在7.35-7.45之间,如果发生波动,就是病理现象。唾液的pH值也被用于判断病情。
  • 化学和化工上:很多化学反应需要在特定的pH值下进行,否则得不到所期望的产物。
  • 农业上:很多植物有喜酸性土壤或碱性土壤的习性,如的种植。控制土壤的pH值可以使种植的植物生长的更好。