初中化学 22 溶液的酸性

1、酸的特征

在很早以前人们就知道粮食经过发酵之后会产生酸性物质，比如糯米、高粱，在无氧环境下通过酵母菌的发酵作用产生酒精，接着在有氧环境下让醋酸菌发酵产出醋酸。不过古人当然不知道这其中的具体环节，也不知道产生的物质是醋酸，古人只是知道：有些放久了的食物会变酸，这种酸味物质能调味、能防腐。他们会酿造醋、制作酸渍食物，熟练利用酸味带来的好处，可没有人知道，这酸味是怎么来的，人们对酸的理解，长期停留在舌头能尝到的味道上。

17世纪，英国有个化学家叫做波义尔，他喜欢研究各种气体、矿石，同时他还是个“花迷”，实验室里总摆着各种花。有一次他在做实验时不小心将盐酸溅到了紫罗兰花瓣上，花瓣突然变红了。他觉得奇怪，又用其他酸测试，发现不只是盐酸，醋、柠檬汁、硫酸这些带酸味的液体，都可以让紫罗兰变红。

酸性溶液还有别的共同特点：可以和石灰石、贝壳物质发生反应，冒出气泡。

而且酸和金属反应也会产生气体，古代的工匠们可能早就注意到这个现象了，因为他们经常会用酸性溶液来清洗金属。但系统研究这个现象的是18世纪的英国科学家卡文迪许，他发现锌和稀硫酸反应会产生一种可燃气体，接着他又尝试用锌和稀盐酸反应，后又改用铁、锡等金属，最后证实了很多金属都能和酸性溶液发生反应，并且产生的都是同一种可燃气体，卡文迪许还计算了这种气体的密度，后来这种气体被命名为“氢气”。

2、酸性物质的元素组成

既然酸性溶液具有这么多的共性，所有酸都有酸味，还能和金属、贝壳、大理石反应，人们自然会想找出这些共性背后的原因，人们推测酸性物质应该具有相似的构成。

拉瓦锡在18世纪后期研究酸时，发现很多酸中都含有氧元素，比如硫酸（H₂SO₄）、硝酸（HNO₃）、碳酸（H₂CO₃）等，于是提出：“所有酸都含有氧”。还把氧元素命名为“Oxygen”，这是一个希腊词汇，“oxys”表示“酸”，“genes”表示“产生”，合起来就是“产生酸味的”或“成酸物质”。

这个假说流行了很久，直到19世纪初，戴维氯气和氢气反应生成氯化氢（HCL），溶于水就是盐酸，显然，盐酸的成分只有氢和氯。这与拉瓦锡的观点是矛盾的，于是戴维认为“酸里面都含有氢”。可新的疑问又来了：水里面也有氢，水为什么不显酸性？

谜底要等到电离理论诞生才揭开，1887年，瑞典化学家阿伦尼乌斯提出：酸溶于水之后，会发生电离。酸在水里时，会“拆”出很多带正电的氢离子，这些氢离子就是让酸表现出酸味、能和金属或贝壳反应的“关键角色”。而水虽然也含氢，但在水里主要以水分子形式存在，几乎不“拆”出氢离子，所以水没有酸的那些特性。

这就是最后的答案，醋溶于水，醋酸分子释放氢离子：

盐酸溶于水，电离出氢离子和氯离子：

硫酸溶于水时：

3、从微观角度解释酸的共性

既然我们知道了酸的微观结构，也知道了产生酸性的共同原因，我们就能从微观角度来解释酸性物质的共同特征了，当酸溶液接触舌尖时，溶解在唾液中的氢离子会与味蕾上特定的的“酸味受体蛋白”结合。这种受体蛋白位于味蕾的味细胞表面，当 H⁺与其结合后，会触发味细胞产生神经信号，信号传递到大脑，我们就感知到了“酸味”。

现代化学实验里经常用石蕊溶液来测试酸性，将酸性溶液滴入石蕊试液中，溶液会变成红色。石蕊是一种色素大分子，酸溶于水电离出氢离子，氢离子和石蕊分子结合在一起，改变了石蕊分子的结构，分子结构一变，它吸收光线的样子变了，我们看到的颜色就变成红色。

酸和金属发生反应的过程是这样的，比如锌和稀盐酸的反应：

铁和稀盐酸反应：

同理，锌、铁和稀硫酸的反应为：

酸和贝壳、大理石发生的反应属于同一种类型，贝壳、大理石的主要成分都是碳酸钙，酸和碳酸钙（CaCO3）反应会生成二氧化碳气体，如盐酸和大理石的反应：