電解質與解離說

一、電解質的定義：溶解在水中時能導電的物質稱為電解質。相同濃度的電解質水溶液導電度較高的稱為強電解質；相同濃度的電解質水溶液導電度較低的稱為弱電解質。
為什麼會有導電度高低的差別呢？因為不同的電解質在水中解離成正負離子的比例是不同的。如果解離度很高，在水中的正負離子就比較多，導電度就比較高。

二、電解質溶解在水中為何可以導電？阿瑞尼士在他的博士班論文中提出解質在水中會分解為帶正電的正離子和帶負電的負離子。離子就是帶電的原子或原子團。以這個理論來解釋電解質溶解後導電的現象。但若要讓電解質分解後帶電，就必須違背當時被奉為圭臬的原子說。於是這個論文提出來時，評審委員都認為這個理論違反常識。經過數小時冗長的討論之後，才以最低分讓這個論文通過。

後來在1897年，湯木生發現了電子，才直接的證明了阿瑞尼士的解離說是正確的。1903年，阿瑞尼士以電解質解離學說得到諾貝爾化學獎。

三、 阿瑞尼士的解離說(1884年提出)：
甲、電解質溶於水中時就會分解成帶電的離子，帶正電的稱為正離子（陽離子）；帶負電的稱為負離子（陰離子）。這個分解的步驟就稱為「解離」。

乙、數個原子結合成原子團也可以帶電荷。例如：硫酸根離子SO42-、硝酸根離子NO3-、氫氧根離子OH-、銨根離子NH4+。
丙、電解質水溶液中，正離子所帶的正電總電量與負離子所帶負電總電量相等，故溶液呈現電中性。陽離子和陰離子必然同時存在，而且攜帶的總電量相等。
丁、離子在溶液中可以自由移動，當通有電流時，正離子移向負極，而負離子移向正極。這些移動的離子，構成溶液的電流，所以水溶液可以導電。
戊、解離說的價值：解離說可以解釋為何電解質溶於水中可以導電，導電的過程中又發生了什麼事情。我們也可以利用解離說中正負電荷相等的原則，去判斷水溶液中正負離子的莫耳數比。
四、電解質的種類：
甲、酸：醋酸(乙酸CH3COOH)、鹽酸(氫氯酸HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)等，在水中可以解離出氫(H+)離子和陰離子（或陰離子團）(CH3COO-、Cl-、SO42-)。
乙、鹼：燒鹼(氫氧化鈉NaOH)、氫氧化鎂 (Mg(OH)2)、熟石灰(氫氧化鈣Ca(OH)2)、在水中可以解離出氫氧根離子(OH-)和陽離子（或陽離子團）(Na+、NH4+)
丙、鹽類：酸的陰離子和鹼的陽離子結合生成鹽類。食鹽（氯化鈉NaCl）、硝(硝酸鉀KNO3)、氯化鈣(CaCl2)、氯化銨(NH4Cl)
延伸閱讀：
1.電解質
2.阿瑞尼士

常見的酸與鹼

一、定義：在水中會解離出氫離子（H⁺）的物質稱之為「酸」，酸是一種電解質，解離度高的酸是一種強電解質，同時也是強酸。解離度低的酸是一種弱電解質，也是弱酸。

二、酸性水溶液可以和活性較大的金屬：鐵或鎂等IA和IIA的金屬反應，產生氫氣。
鹽酸＋鐵釘

HCl+Fe → FeCl₂+H₂
鹽酸＋鎂帶

HCl+Mg → MgCl₂+H₂

三、酸性水溶液可以和碳酸鈣反應產生二氧化碳氣體。
鹽酸加入碳酸鈣

HCl+CaCO₃ → CaCl₂+CO₂+H₂O

四、常見的酸

甲、硫酸(H₂SO₄)：

i. 又稱為工業之母，硫酸的產量常被視為是工業發達與否的指標。無色油狀液體，高沸點（315-318℃），常用來製造其他的酸。

ii. 汽機車的鉛蓄電池內就有硫酸水溶液。

iii. 強脫水性：可以使糖（碳水化合物）脫水成碳，或使藍色硫酸銅脫水成白色。

iv. 硫酸和水接觸時會放出大量的熱。稀釋時要將硫酸滴入水中。

v. 硫酸和活性較大的金屬可以產生氫氣，濃硫酸和金屬（銅）產生二氧化硫。

實驗一：硫酸的性質：將濃硫酸和糖反應觀察硫酸的強脫水性；

實驗二；將濃硫酸加水稀釋觀察硫酸遇水放高熱的性質。

乙、鹽酸(HCl)：

i. 由氣態的氯化氫(HCl)溶解在水中就變成鹽酸。

ii. 工業用的鹽酸略成黃色(含鐵離子)

iii. 常用稀鹽酸來清洗金屬表面。

iv. 鹽酸和氨相遇會很容易形成白色的氯化銨。

實驗：鹽酸的性質：觀察鹽酸和鎂帶(加入少許洗衣粉製造泡泡)與碳酸鹽類的反應

丙、硝酸(HNO₃)：

i. 無色液體，腐蝕性強。

ii. 遇光容易分解出NO₂，並且容易溶於硝酸成為黃色。

iii. 硝酸容易和金屬反應，包括活性很低的銅，所以在工業上常用來製造精密電路。

iv. 稀硝酸和銅反應可以產生一氧化氮；濃硝酸可以和銅產生二氧化氮。

實驗：硝酸的性質：濃硝酸和銅反應產生紅色的二氧化氮；硝酸會使蛋白質變性。

丁、醋酸(CH₃COOH)：

i. 無色有刺激性的液體。

ii. 容易溶於水中。食醋中約含3-5%的乙酸。

iii. 純醋酸又稱為冰醋酸。

實驗：冰醋酸的凝固

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圖一：固態的冰醋酸

鹼

一、定義：在水中能解離出氫氧根離子（OH^-）的物質稱為鹼，鹼是一種電解質，解離度高的鹼是一種強電解質，同時也是強鹼。解離度低的鹼是一種弱電解質，也是弱鹼。鹼性的水溶液摸起來通常有滑膩感。（某些鹼具有腐蝕性應避免觸摸）

二、常見的鹼：

甲、氫氧化鈉(NaOH)：

i. 固體通常為白色的顆粒狀。

ii. 俗名：燒鹼、苛性鈉。具有腐蝕性。

iii. 溶於水中為放熱反應。

iv. 容易吸收空氣中的水氣和二氧化碳而潮解，實驗室可用來吸收水氣或是二氧化碳。

實驗：氫氧化鈉的性質。吸水性、溶解的放熱反應。

乙、氨(NH₃)

i. 氣體，無色有刺鼻臭味。

ii. 易溶於水，溶於水後呈鹼性稱為氨水。

iii. 氨氣溶於水中會形成銨根離子同時放出氫氧根離子：
NH_3(g)+H₂O → NH₄⁺_(aq) + OH^-_(aq)

氨的性質：強烈的氣味、遇到氯化氫氣體會產生白色固體

丙、氫氧化鈣(Ca(OH)₂)

i. 石灰（CaO生石灰）溶於水就變成氫氧化鈣溶液，即石灰水。溶解時會放出高熱。

ii. 石灰水和二氧化碳反應會形成白色沈澱物CaCO₃。

iii. 灰石的主要成分是碳酸鈣；石灰或生石灰是指氧化鈣；熟石灰、石灰水為氫氧化鈣。

石灰、熟石灰和石灰時之間的化學反應

CaO+H₂O → Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ +H2O

CaCO₃ → CaO + CO₂ (加強熱)

自然界可利用第二、三個反應來調節大氣中的二氧化碳濃度。海水可以溶解二氧化碳成為碳酸鹽類，或者貝殼類的生物也可以吸收二氧化碳來製造自己的貝殼。貝殼死亡後，沈澱到海洋底部，慢慢變成生物沉積的石灰岩。然後經由板塊運動，將碳酸鈣送到高溫的地底，分解出二氧化碳。再經由火山噴發釋出。

另外鐘乳石的形成也跟石灰岩的反應有關。石灰岩受到雨水沖刷會溶解

CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca²⁺ + 2HCO₃^-

帶有鈣離子和碳酸氫根離子的雨水滲入地下後，如果在一個巖洞空間滲出的話，就會因蒸發等因素，將碳酸鈣沈澱出來，形成石筍、石柱等地形。

延伸閱讀：

1.硫酸百科

2.硫及其化合物

3.氮及其化合物

pH值的意義和計算

pH值的意義和計算

一、酸鹼濃度通常以pH值來表示。pH值的定義是：

pH=-log[H⁺]

    當[H⁺]=1x10^-2M時，log[H⁺]=-2，前面再多個負號，就變成了2。pH值越小，酸性越強；pH值越大，鹼性越強。pH值等於7時為中性；pH值小於7時為酸性；pH值大於7時為鹼性。

二、pH值可以是整數、小數，也可以是負值。

 

三、純水中，水會解離成氫離子和氫氧根離子。反應式如下

H₂O → H⁺ + OH^-

在25℃的純水中，氫離子和氫氧根離子的濃度都是10^-7M。兩濃度相乘，恆等於10^-14。也就是說當氫離子濃度上升10倍，氫氧根離子的濃度就會變成1/10。

四、氫離子的濃度換算成pH值就是，[H⁺]=0.1，pH=1，[H⁺]=0.01，pH=2…[H⁺]=1x10^－n，pH=n。0.1M的鹽酸在水中可以解離出0.1M的氫離子，所以pH值就等於1。
OH^-的濃度和H⁺相乘在25℃時等於10^-14，所以當氫離子為0.1M的時候，氫氧根離子就是10^-13M

五、酸性的強度要看氫離子H⁺在水中的濃度；鹼性的強度則是要看OH^-在水中的濃度。濃度越高酸性或鹼性也越強。
例如：
1.0.01M的鹽酸在水中會完全解離，氫離子的莫耳濃度是多少？




2.將4g的氫氧化鈉(NaOH=40)在500ml的水中完全溶解時，溶液中的氫氧根離子濃度多少？



3.假設取98%的硫酸100g，加水稀釋到2000ml，假設硫酸完全解離。則此溶液的pH值為多少？[OH^-]是多少？

 

 

 

 

 

六、如果酸或鹼沒有完全解離的話(弱酸或弱鹼)，就要看酸或鹼解離的程度來判斷。
例如說0.1M的某酸在水中的解離程度大概是1%，也就是100個酸分子中，有一個會解離成氫離子和酸根離子。如果將0.1mole的酸加到1公升的水中，則氫離子的濃度會是多少？

有機化合物

以下是一些關於有機化合物資料的彙集，大部分是wikipedia的資料。

一、有機化合物的定義、特性
二、常見的有機化合物
三、塑膠與聚合物

四、油脂與清潔劑

五、衣料