兩性氧化鋁(amphoteric aluminum oxide)
/ am-foh-TER-ik /
大多數氧化物都會選邊站。氧化鈉是鹼性的,溶於酸;三氧化硫是酸性的,溶於鹼。氧化鋁卻拒絕選擇:它既溶於強酸,也溶於強鹼,卻對純水無動於衷。這種既當酸又當鹼的雙重性格,叫作兩性,而氧化鋁正是 p 區裡的代表作。
氧化鋁 Al2O3(alumina)位於金屬與非金屬的邊界上,因此其鍵結既有離子性又有共價性,且 Al3+ 離子小而帶高電荷。面對酸時它像鹼:Al2O3 + 6 H+ 生成 2 Al3+ + 3 H2O,給出氧離子去中和質子。面對強鹼時它像酸:Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O 生成 2 [Al(OH)4]-,即鋁酸根離子,其中氧接受了氫氧根。同樣這副兩面孔也出現在氫氧化鋁 Al(OH)3 上,它既溶於酸也溶於過量鹼;而這正源於一個小而帶高電荷的邊界陽離子,足以把它的氧化物極化到可向任一方向擺動(惰性電子對和離子模型解釋了為何更靠下的同族氧化物會偏向鹼性)。
兩性在工業和分析上都重要。拜耳法(Bayer process)正是利用它:把鋁土礦在熱氫氧化鈉中消解,使氧化鋁以鋁酸根形式溶出,而僅呈鹼性的氧化鐵雜質留在原處,隨後再把氧化鋁重新沉澱出來。它也是一項經典的定性測試,能把鋁從真正呈鹼性的金屬離子中分離出來。更廣義地說,兩性氧化物(鋅、錫、鉛、鈹也有)標出了週期表的對角前沿,性質在此從金屬-鹼性過渡到非金屬-酸性。
向 Al3+ 溶液中逐滴加入氫氧化鈉:先生成 Al(OH)3 的白色凝膠,繼續加 NaOH 時它又重新溶解,生成澄清的鋁酸根離子 [Al(OH)4]-。一支試管裡的這兩步,展示了氧化物/氫氧化物從鹼翻轉為酸。
既溶於酸又溶於過量鹼,正是兩性氧化物的標誌。
兩性並不意味著反應性弱或呈中性;純氧化鋁(剛玉,藍寶石和紅寶石的基礎)極其惰性又堅硬。兩性說的是它會與哪些試劑反應(強酸和強鹼都行),而非「不溫不火」。