當孩子問「如何測試酸性和堿性」該如何回答?

2021-11-19知識

實話說，看到這個系列提問裏有這樣的問題，心裏還是有點五味雜陳，如果孩子知道什麽叫酸堿性的話，我想他大機率也應該知道如何測試酸堿性吧……

不知道小學生們是出於什麽樣的知識儲備和好奇心提了這樣的問題，不過這個問題確實看起來太初中生或者高中生的感覺了……就仿佛是一個小學生翻看到了自己哥哥姐姐的作業習題之後提出來的問題一樣……

不過我們也還是可以來認真回答一下～

首先，當我們說酸性和堿性的時候，我們到底說的是什麽？

實際上，在人類化學史上，人們對酸堿一共下過3次定義，每次下定義，也體現著人類對自然界認知的進一步加深。

1884年，瑞典的物理學家、化學家阿瑞尼士（Svante Arrhenius）認為 酸的本質就是氫離子 ，因此定義凡是 加到水裏讓水溶液的氫離子濃度增加的東西，都叫做酸 ，與之相對應的， 堿就是氫氧根，加到水裏讓其氫氧根濃度增加的東西就是堿 。PS：阿瑞尼士是個很偉大的科學家，是近現代物理化學的奠基人之一。要註意這裏所提到的阿瑞尼士酸和阿瑞尼士堿都只是針對水溶液，也就是說，首先這個東西能溶於水，其次整個體系的溶劑必須是水。

之後的若幹年裏，大家慢慢感覺阿瑞尼士提出的酸堿理論局限性太強了，很多時候都只能湊合用，於是1923年，兩位化學家Brønsted（丹麥）和Lowry（英國）分別獨立提出了 質子才是酸堿反應過程中區分酸堿的根本 （當然，氫離子其實就是質子），對之前定義進行了最佳化： 酸堿反應中，提供質子的是酸，獲得質子的是堿 ，這套理論叫質子酸堿理論（也叫Brønsted–Lowry酸堿理論），對應的叫質子酸和質子堿。這套理論其實已經和前面有很大不一樣了，雖然表面看起來還是說氫離子（質子），但是實際上，很多此前認為是阿瑞尼士酸的東西，在一些特定條件下可能就會被認為是質子堿，因為這個討論的基礎是酸堿反應中，換句話說，如果不是一個特定的反應，就不能準確定義究竟是酸還是堿。舉個例子：

H_{2}O+HCl=H_{3}O^{+}+Cl^{-}

水大家出於樸素觀點，肯定不會覺得他是酸，也不會覺得他是堿，這就是受了阿瑞尼士酸堿理論影響的結果，但是在這個反應中，水就是堿，而HCl是酸……

而且質子酸堿理論不局限在水溶液中，因此也會有更多更離譜的例子可以舉出，比如如果是在液氨裏發生的酸堿反應，或者是一些有機酸堿的反應，或者是多元酸堿的反應，所定義的酸堿在大眾看來或許就都很離譜……

同樣是1923年，美國的物理化學家Gilbert N. Lewis也提出了另一套理論，路易士酸堿理論，對應的稱呼為路易士酸和路易士堿，這套理論認為 反應中區分酸堿的關鍵是電子 ，因此也進一步擴大了酸堿的範圍， 反應中凡是得電子的就是路易士酸，凡是失電子的就是路易士堿 。

說了這麽多，當我們討論測試酸性和堿性的時候，我們認為的酸和堿其實大多數時候就是阿瑞尼士酸（堿），一些較特殊的場景下，討論的內容可能也涉及質子酸堿理論。

通常我們使用pH值（potential of hydrogen或者power of hydrogen）來定義酸堿性，也就是大家所熟知的，常溫下pH=7是中性，小於7是酸性，大於7是堿性，這個pH值本質上指的是氫離子的活度，當然，粗糙的理解為氫離子的濃度也是可以的～至於其檢測方法也隨精度的需要可以分為酸堿指示劑、廣泛pH試紙，精密pH試紙，pH計等等～