世界上有118種元素,各種元素的原子之間相互組合能夠形成成千上萬種性質各異的物質,它們之中有些具有很強的腐蝕性。
腐爛是微生物的繁殖引起的生物現象。腐蝕不同於腐爛,腐蝕是一種化學現象,在日常生活中很常見,當一種固體與另一種物質接觸時,能夠被該物質化學損傷,則說明該物質具有腐蝕性。
腐蝕分很多情況,比如鐵生鏽就是被氧氣腐蝕,這種腐蝕屬於氧化;而硫酸能將被腐蝕物體中的氫原子和氧原子以2:1的比例脫出,因水分子中氫和氧的比例也為2:1,所以硫酸的腐蝕性又稱為脫水性;氫氧化鈉則會破壞被腐蝕物體的蛋白質,從而產生腐蝕效果。
在自然界中,具有腐蝕性的物質有很多,腐蝕強度也各有不同。這些具有強腐蝕性的物質,大多屬於強酸強鹼。此外,一些強氧化劑、脫水劑等也具有較強的腐蝕性。就算是化學活潑性較弱的金屬,遇到這些超強的腐蝕性物質,也會被腐蝕掉。
酸和鹼是什麼?酸和鹼分別是一類化合物的統稱。而人類對於酸鹼的認識經歷了漫長的時間。最初人們將有酸味的物質叫做酸,有澀味的物質叫做鹼。直到17世紀,英國化學家波義耳才給酸鹼的區分下了一個較為科學的定義。
根據酸鹼電離理論,酸是在水溶液中電離出的陽離子全都是H+的化合物,鹼是在水溶液中電離出的陰離子全都是OH-的化合物。酸鹼反應的本質是H+與OH-結合生成水的反應。根據該理論,可以用溶液中的H+濃度來確定酸鹼度,也就是pH值。pH越小,溶液的酸性越強;pH越大,溶液的鹼性越強。該理論由瑞典科學家阿倫尼烏斯於1887年提出。不過該理論有個侷限性,就是酸鹼概念不能脫離水溶劑而獨立存在。
1905年,富蘭克林提出了酸鹼溶劑理論,進一步發展了酸鹼電離理論,引入了非水溶劑。該理論認為,凡是在溶劑中產生該溶劑的特徵陽離子的溶質叫酸,產生該溶劑的特徵陰離子的溶質叫鹼。該理論仍有缺陷,就是酸鹼概念不能脫離溶劑而獨立存在。
在酸鹼質子理論中,酸是質子(H+)的給予體,而鹼是質子(H+)的接受體。該理論由丹麥化學家布朗斯特和英國化學家湯馬士·馬丁·勞裡於1923年各自獨立提出。根據該理論,酸和鹼是相對的,比如硝酸在水中是一種酸,而溶解在純硫酸中時卻是一種鹼。
在酸鹼質子理論提出不久後,1923年美國化學家吉爾伯特·路易斯提出了更廣義的酸鹼電子理論,凡能接受電子對的物質都稱為酸,凡能給出電子對的物質都稱為鹼。該理論是非常廣義的酸鹼理論。
這裡必須要說明一下,並不是酸性或者鹼性強度越大,腐蝕性就越強。比如氫氟酸,它雖具有較強的腐蝕性,能強烈的腐蝕金屬、玻璃等物質,卻屬於弱酸。
世界上腐蝕性最強的酸根據pH值的大小,酸可以分為強酸和弱酸,常見的強酸有高氯酸、氫碘酸、硫酸、氫溴酸、鹽酸、硝酸、碘酸等,其中高氯酸(HClO4)是無機含氧酸中酸性最強的酸。
不過以上都不是酸性最強的物質,世界上已知腐蝕性最強的酸是氟銻酸(HSbF6),它由氫氟酸和五氟化銻按照1:1比例混合而成,酸性強度要比純硫酸的強度強2×10^19倍。它的腐蝕性也非常恐怖,通常只能用四氟乙烯(特氟龍)製作的容器來裝,其它東西都會被它腐蝕掉。
酸性僅次於氟銻酸的則是氟銻磺酸,又稱魔酸(SbF5·HSO3F)。它是一種由路易斯酸五氟化銻和一種質子酸氟磺酸按體積比1:1混合的混酸,為無色透明的粘稠液體,酸性為純硫酸的10萬億倍。磨酸的腐蝕性也很強,比王水的腐蝕性還強很多。
對於酸性超過純硫酸(H2SO4)的超強酸,傳統的pH值已經沒有辦法描述其酸度了,需要用到哈米特酸度函式 (H0) 來表示。
在該指標中:
氟銻酸【1:1】的H0值= -28,
魔酸或氟銻磺酸【1:1】的H0值= -25,
碳硼烷酸的H0值= -18.0,
氟磺酸的H0值= -15.6,
三氟甲磺酸的H0值= -14.6,
高氯酸的H0值= -13,
純硫酸的H0值= -11.93。
大部分強酸均具有較強的腐蝕性,但也有例外。例如超強酸當中的碳硼烷酸(CHB11Cl11),它是已知酸性最強的單酸,其酸性是氟磺酸的一千倍 ,純硫酸的100萬倍,但卻幾乎不帶有腐蝕性。而弱酸當中的氫氟酸(HF)卻帶有強腐蝕性。王水(HNO3·3HCl)也是一種腐蝕性非常強的混合物,又稱王酸、硝基鹽酸,是一種腐蝕性非常強、冒黃色霧的液體,由濃鹽酸和濃硝酸按體積比3:1組成的混合物,是少數幾種能夠溶解金的液體之一,不過它的酸性卻比濃硫酸還弱。
常見的強鹼有氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀等,與酸類似,大部分強鹼也具有較強的腐蝕性。只不過,強酸和強鹼所能腐蝕的物質存在差異。鹼性比氫氧化鈉(NaOH)大的一般稱為超強鹼,比如氨基鈉、丁基鋰等。至於鹼中哪個腐蝕性最強,這個並沒有定論。
其實,腐蝕性是一個很複雜的問題,跟很多因素有關。有些物質耐酸不耐鹼,有些物質耐鹼不耐酸,強酸和強鹼也很難比較誰的腐蝕性更強。不過通常來說,強酸在日常生活中能夠腐蝕的物質種類更多。那麼世界上已知腐蝕性最強的物質應該就是氟銻酸了。