酸碱与给体-受体化学

两性(amphoterism)

/ am-FOT-er-izm /

有些物质拒绝在酸和碱之间表态——它们会随遇而变,既可当酸又可当碱。氢氧化铝是教科书式的例子:往它上面倒酸,它像碱一样溶解;往它上面倒强碱,它也溶解,这次表现得像酸。一种既能作酸又能作碱反应的物种,就叫两性(amphoteric,源自希腊语 amphoteros,意为两者皆是)。两性现象在金属与非金属分界线附近的金属氧化物和氢氧化物中最为著名。

看氢氧化铝 Al(OH)3 如何身兼两职。遇酸它作碱:Al(OH)3 + 3 H+ 得 Al3+ + 3 H2O。遇强碱它作酸,溶解生成铝酸根离子:Al(OH)3 + OH- 得 [Al(OH)4]-。同样的双重行为也见于 ZnO、BeO、Cr2O3、SnO2、PbO、Sb2O3。这一模式是周期性的、可预测的:金属元素的氧化物(Na2O、MgO、CaO)显碱性,非金属氧化物(CO2、SO3、P4O10)显酸性,而处于中间、沿对角阶梯分布的元素(Be、Al、Ga、Zn、Sn、Pb、Sb)给出两性氧化物——它们跨在边界上,故能左右逢源。氧化物的酸性通常沿周期向右增大,并随元素氧化态升高而增大(CrO 显碱性、Cr2O3 两性、CrO3 显酸性)。

两性现象既实用又能澄清概念。它是矿石加工中把铝从铁中分离出来的基础(拜耳法用热 NaOH 把两性的 Al2O3 溶为铝酸根,而碱性的 Fe2O3 留下),它说明了为什么某些金属氢氧化物在过量碱中会重新溶解(定性分析中的经典线索),并漂亮地表明酸和碱是由情境决定的角色,而非固定身份。水本身在布朗斯特意义上就是两性(两性质子)的,像 HCO3- 和 HSO4- 这类既能给出又能接受质子的物种也是如此。

氢氧化铝是两性的:遇酸,Al(OH)3 + 3 H+ 得 Al3+ + 3 H2O(作碱);遇强碱,Al(OH)3 + OH- 得 [Al(OH)4]-(作酸)。它在 pH 标度的两端都溶解,而在中性 pH 附近溶解度最小。

同一个氢氧化物,两种角色:对酸作碱,对碱作酸——一种物质身上的两性。

不要混淆两性(amphoteric,能作酸或作碱)与两性质子(amphiprotic,特指既能给出又能接受质子,如 H2O 或 HCO3-)。所有两性质子物种都是两性的,但像 Al2O3 这类路易斯意义上的两性氧化物未必涉及质子。

又称
amphoteric behavior两性现象兩性現象