p区元素(一):第13、14族

两性氧化铝(amphoteric aluminum oxide)

/ am-foh-TER-ik /

大多数氧化物都会选边站。氧化钠是碱性的,溶于酸;三氧化硫是酸性的,溶于碱。氧化铝却拒绝选择:它既溶于强酸,也溶于强碱,却对纯水无动于衷。这种既当酸又当碱的双重性格,叫作两性,而氧化铝正是 p 区里的代表作。

氧化铝 Al2O3(alumina)位于金属与非金属的边界上,因此其键合既有离子性又有共价性,且 Al3+ 离子小而带高电荷。面对酸时它像碱:Al2O3 + 6 H+ 生成 2 Al3+ + 3 H2O,给出氧离子去中和质子。面对强碱时它像酸:Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O 生成 2 [Al(OH)4]-,即铝酸根离子,其中氧接受了氢氧根。同样这副两面孔也出现在氢氧化铝 Al(OH)3 上,它既溶于酸也溶于过量碱;而这正源于一个小而带高电荷的边界阳离子,足以把它的氧化物极化到可向任一方向摆动(惰性电子对和离子模型解释了为何更靠下的同族氧化物会偏向碱性)。

两性在工业和分析上都重要。拜耳法(Bayer process)正是利用它:把铝土矿在热氢氧化钠中消解,使氧化铝以铝酸根形式溶出,而仅呈碱性的氧化铁杂质留在原处,随后再把氧化铝重新沉淀出来。它也是一项经典的定性测试,能把铝从真正呈碱性的金属离子中分离出来。更广义地说,两性氧化物(锌、锡、铅、铍也有)标出了周期表的对角前沿,性质在此从金属-碱性过渡到非金属-酸性。

向 Al3+ 溶液中逐滴加入氢氧化钠:先生成 Al(OH)3 的白色凝胶,继续加 NaOH 时它又重新溶解,生成澄清的铝酸根离子 [Al(OH)4]-。一支试管里的这两步,展示了氧化物/氢氧化物从碱翻转为酸。

既溶于酸又溶于过量碱,正是两性氧化物的标志。

两性并不意味着反应性弱或呈中性;纯氧化铝(刚玉,蓝宝石和红宝石的基础)极其惰性又坚硬。两性说的是它会与哪些试剂反应(强酸和强碱都行),而非“不温不火”。

又称
aluminaAl2O3氧化铝氧化鋁