杨玉龙学习博客

你不知道的化学冷知识:化学之最

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!~

而大多数人心中的答案,最强酸可能是:硫酸

你不知道的化学冷知识:化学之最-图1

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。

这一观点被戴维打破了,他在对氯的研究过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。

你不知道的化学冷知识:化学之最-图2

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,变成氢气。“酸素”终于从氧变成了氢。

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。

之前很多人以为酸在水溶液中电离出氢离子,从现代科学的观念来看,这太可怕了,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,得到一个水合氢离子, 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觉有“酸味”。

1905年

富兰克林进一步发展了酸碱电离理论,提出了酸碱溶剂理论:凡是在溶剂中产生该溶剂的特征阳离子的溶质叫酸,产生该溶剂的特征阴离子的溶质叫碱。比如在液氨中,能电离出铵离子(NH4+)的是酸,而产生胺负离子(NH2-)的是碱。

1923年

丹麦化学家布隆斯特和英国化学家劳里分别独立的提出了酸碱质子理论:凡是能够给出质子的物质都是酸,凡是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,比如碳酸氢根离子既能和盐酸反应也能和烧碱反应。当它和盐酸反应时,它接受质子,是一种碱;而和烧碱反应时,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不同情形下如何运动,他认为既然化学反应是原子在交换电子,那么酸碱反应自然也不例外。

比如盐酸溶于水,离解为水合氢离子和氯离子,他认为不应该强调氢离子,而是在相反的方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,他惊奇的发现蜡烛很快溶解了。

蜡烛是一种长链烷烃,主要参加自由基反应,一般认为它们是“老老实实的”有机物,跟酸碱反应从来就是绝缘的!奥莱教授也震惊了,他带领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合物。

由于该现象过于神奇,奥莱团队给这种酸起名“魔酸”。他们又给反应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。

你不知道的化学冷知识:化学之最-图3

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、烯烃的堡垒也都一座又一座被“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,而且可以保存在魔酸溶液里,参与下一步的反应。

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。


你不知道的化学冷知识:化学之最-图4

你不知道的化学冷知识:化学之最-图5


相比于魔酸,氟锑酸里的氢离子更加畅快的游荡着,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应甚至爆炸,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)的材料盛装,其他塑料会被严重腐蚀。

除了最强酸,还有许多有趣的“化学之最”:

世界最强碱


你不知道的化学冷知识:化学之最-图6

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应可以制得三甲基硅烷基氯化镁。

反应如下:

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,即得到20%-40%的碱液。

你不知道的化学冷知识:化学之最-图7

固体最强碱

如Li4C、Mg2Si、Na3B(硼化三钠)等,其对应的共轭酸pKa值往往超过120,甚至达到150-160。他们的碱性强到几乎不能够以溶液形态存在。

例如:Na3B溶解于丁硅烷Si4H10会发生配位反应,生成[(Si4H10)B4]12-而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应。他们也被称为固体超强碱。


你不知道的化学冷知识:化学之最-图8

人工最早合成的元素:

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

最活泼的金属:铯

过去一般认为最活泼的金属元素是,但是由于自然界钫的含量太低,以及钫的半衰期太短,目前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,就是说在1万亿个原子中只有1个杂质原子

最能吸收气体的金属元素:钯

1体积胶状钯能吸收氢气1200体积

密度最大的元素:

其值为22.8克/立方厘米。据计算,黑洞核心的单一组成物的密度为无限大

地球上丰度最高的金属元素:铝

丰度为为7.51%

形成化合物最多的元素:碳

据现所知,碳的化合物有400多万种,比其它所有元素所形成的化合物多得多

最易着火的非金属元素:磷

磷的同素异形体白磷的着火点为40℃

最易应用的超导元素:

把它冷却到-263.9℃的超低温时,会变成一个几乎没有电阻的超导体

海水中储存量最大的放射性元素:铀

陆地铀矿的总储量约200万吨,海洋里含铀的总量高达40万万吨

(图片来源网络侵删)

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