氧化物的分類(酸性、鹼性、兩性、中性)
幾乎每種元素都能形成氧化物——一種與氧結合的化合物——而當你對每個氧化物問一個簡單的問題時,一個美妙的規律就浮現出來:當它遇到水、酸和鹼時,是表現得像酸、像鹼、兩者都像,還是都不像?按這種方式(酸性、鹼性、兩性、中性)給氧化物分類,是週期表組織化學最乾淨利落的範例之一。
鹼性氧化物由金屬形成,尤其是左側活潑的那些:氧化鈉和氧化鈣與水反應生成鹼性的氫氧化物,並能中和酸。酸性氧化物由右側的非金屬形成:二氧化碳、二氧化硫和五氧化二氮溶於水生成酸(碳酸、亞硫酸、硝酸),並與鹼反應。這個規律跟隨電負性:金屬以離子形式 O2- 握住氧,O2- 會抓質子(鹼性);非金屬則在一個能放出質子的單元裡共價共享氧(酸性)。介於兩者之間的是兩性氧化物,它們既與酸反應又與鹼反應——氧化鋁和氧化鋅是經典例子,在強酸和強鹼中都能溶解。還有少數氧化物是中性的:一氧化碳、一氧化二氮和一氧化氮在水中既不生成酸也不生成鹼。
這種分類不只是整齊的記帳;它追蹤著橫貫整個週期表的金屬到非金屬的趨勢。沿一個週期從左到右,氧化物從鹼性經兩性變為酸性;沿一族往下,隨金屬性增強,它們往往變得更鹼性。兩性帶斜穿過那些類金屬,那裡恰恰是元素在金屬與非金屬之間徘徊之處。誠實的提醒:「酸性、鹼性、兩性、中性」是個有用的四格方案,不是一條嚴格的定律——許多氧化物只是微弱地偏向某一類,同一元素在不同氧化態下還能給出性質不同的氧化物(鉻就給出鹼性的 CrO、兩性的 Cr2O3 和酸性的 CrO3)。
氧化鋁是兩性的代表:把它攪進鹽酸裡,它溶解成 Al3+;把它攪進氫氧化鈉裡,它同樣輕鬆地溶解成鋁酸根 [Al(OH)4]-。
既與酸又與鹼反應,正是兩性氧化物的標誌。
這四類是指引,不是定律:許多氧化物只是弱酸性或弱鹼性,有些是兩性的;而同一元素在較高氧化態下給出的氧化物,通常比低氧化態時更偏酸性。