化學原理啟迪188
1. 許多重要的化學（包括大部分自然界的化學）發生於溶液中。我們已經介紹一種非常重要的溶液平衡：酸鹼反應。這一章我們將討論更多酸鹼化學的各種應用，並介紹二種溶液平衡，鹽類的溶解與複合離子的形成。
2. 酸鹼、溶解度與複合離子交互作用達到平衡是很重要的自然過程，鏽蝕的礦藏、從植物中粹取營養與蛀牙。 舉例來說，石灰石（CaCO3）溶解於含有二氧化碳CO2的酸性水：
CO2(aq) + H2O(l) ←→ H+(aq) + HCO3－(aq)
H+(aq) + CaCO3(s) ←→Ca2+(aq) + HCO3－(aq)
3. 以上這個反應過程與它們的逆反應，是形成石灰岩洞與鐘乳石和石筍的原因。酸性溶液（含有二氧化碳）溶解地底的石灰石沈積物，而鑽出一個洞穴。當水從洞頂滴下，二氧化碳逸散到空氣中，上述反應步驟逆轉，產生固體碳酸鈣，積聚在洞頂成為鐘乳石，水也透過這些鐘乳石滴到洞底。
含有共同離子的酸或鹼溶液 Solution of Acids or Bases Containing a Common Ion
4. 第七章我們研究過如何計算含有酸或鹼的溶液的平衡濃度。在這個章節我們討論的溶液，不只含有弱酸HA，還有它的鹽類NaA。雖然這種情況看起來有點複雜，但是解決起來並不難，只要用第七章的程序步驟就可計算出來。
5. 假設有一種溶液含有弱酸氟化氫（HF, Ka＝7.2×10－4）與它的氟化鈉鹽類(NaF)。當鹽類溶解於水中，分子會斷裂為離子－它是強電解質：
NaF(s)→H2O(l)→ Na+(aq)+F－(aq)
6. 因為氟化氫酸是弱酸，並且只有稍微解離，所以溶液中的主要物質是HF、Na+、F－和H2O。在這個溶液中，二種溶質氫氟酸HF和氟化鈉鹽NaF都有共同的離子common ion 「氟F－」。氟化鈉鹽NaF解離出F－，對氫氟酸HF的解離平衡有什麼影響？
7. 為了回答這個問題，我們比較二種HF氫氟酸溶液的解離，第一種溶液含有1.0M HF，第二種溶液含有1.0MHF與1.0M NaF。根據勒沙特列原理，HF酸的解離平衡：
8. 第二種溶液的平衡位置將會被NaF解離的F－逼迫往左移，所以，NaF的存在會造成HF的解離度減少。這造成溶解NaF和HF的溶液，酸性低於只溶解HF的溶液。
9. 因為增加反應平衡含有的離子，導致平衡位置移動，稱為同離子效應 common ion effect。
10. 共同離子效應的情形十分常見。舉例來說，當固體NH4Cl溶解於1.0M 氨水NH3溶液：
NH4Cl(s)→ NH4+(aq) + Cl－(aq)
11. 增加的銨鹽NH4Cl會造成氨水平衡位置
NH3(aq) + H2O(l)→ NH4+(aq) + OH－(aq)
往左移動，減少OH－離子的濃度（鹼性減弱）。
12. 共同離子效應對多質子酸同樣十分重要。多質子酸的質子產量，因為第一次解離的質子，限制了第二次解離質子，而沒有想像中的得那麼多。
13. 【範例】1.0M的氫氟酸HF溶液，H+的平衡濃度是2.7×10－2M，氫氟酸HF的解離度是2.7%。計算同時含有1.0M HF（Ka＝7.2×10－4）和1.0MNaF的溶液，質子濃度[H+]以及HF在溶液中的解離度。
14. 【解題】隨著我們研究的溶液問題愈來愈複雜，用系統化的方式來解決問題也就愈來愈重要，在我們想要執行數學計算步驟前，必須先專注於溶液中發生的化學反應。
15. 含有1.0MHF和1.0MNaF的溶液裡，主要的物質是：
HF, F－, Na+ 和 H2O
16. 因為Na+既沒有酸性也沒有鹼性，並且水又是極弱的酸或鹼，它們對溶液的酸鹼性質影響不大，比較重要的物質是HF和F－；它們參與酸的解離平衡，並且控制溶液中的質子濃度[H+]。意思就是以下這個反應的平衡位置
HF(aq) → H+(aq) + F－(aq)
將取決於[H+]在溶液中的濃度。
17. 酸的平衡常數方程式
Ka＝[H+][F－]／[HF]＝7.2×10－4
18. 最重要的濃度列在下表
19. 特別留意從 「氟化鈉NaF」 解離而來的「F－氟離子」，初始濃度是1.0M （[F－]0＝1.0M），達到平衡後 「氟離子F－」 的濃度大於1.0M （[F－]＞1.0M），因為當酸（HF）解離時，它會產生與「質子H+ 」一樣多的「氟離子F－」。
20. 達成平衡後的物質濃度，將符合酸的平衡方程式
Ka＝7.2×10－4＝[H+][F－]／[HF]＝(x)(1.0＋x)／(1.0－x)≒(x)(1.0)／1.0
因為x數值很小，所以我們可以省略，把(1.0＋x)簡寫成1.0。
21. 解開x得到
x＝1.0／1.0（7.2×10－4）＝7.2×10－4
22. 特別留意x跟1相比非常地小，所以我們剛才取的近似值得到的結果是可信的。因此
[H+]＝x＝7.2×10－4M （pH值是3.14）
23. HF在溶液的解離度是
（[H+]／[HF]0 ）× 100% =（7.2×10－4M／1.0M）×100%＝0.072%
24. 含有氟化鈉鹽類的HF氫氟酸解離度0.072%，跟不含鹽類的純氫氟酸1.0M HF的質子濃度2.7×10－2M、解離度2.7%相比，加了鹽類酸性大幅下降。這麼大的差距顯示，NaF解離的氟離子F－，大幅限制氫氟酸HF的解離度。因為氟化鈉NaF提供氟離子F－，使氫氟酸HF的解離平衡位置往左移動。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 空氣中的二氧化碳與水的結合產生「酸性的水」與碳酸氫根離子；酸性水中的「質子」又與石灰石反應，讓石灰石溶解成鈣離子與碳酸氫根離子，這整個過程會造成石灰石岩層被腐蝕出一個洞穴。
太魯閣九曲洞
2. 此外，溶解於水中的「鈣離子」也會跟「碳酸氫根離子」再度結合，恢復成固體石灰石，這個過程持續下去就會製造出許多鐘乳石。
墾丁仙洞
3. 一個封閉的社會只要有「言論自由」或經常「熱烈地辯論」，就會逐漸地自由、開放、進步。言論自由或新聞自由，會把行政院、立法院、考試院、司法院、監察院、衛生署、商檢局……等腐爛不堪的地方挖掘出來，然後溶解。
4. 這當然對那些權貴階級或公務人員有很大的壓力，但是這些貪腐不堪的人會逐漸重新變成身心健康的人。
5. 為什麼會發生「江國慶案」？為什麼當初的檢察官、法官與軍官共同謀殺無辜者？為什麼黃世銘會惡意打壓澎湖縣長高植澎與許多小護士？因為有許多人都是在獨裁者統治時代接受奴才教育，他們生命的目的就是為了效忠獨裁者來掌控政權，並滿足自己私慾。
6. 陳肇敏等這類的病人，一生都沒有參與過民主自由的運動，也沒有參加世界性人權組織的經驗，他們的生活習慣當中沒有民主與人權。要改變「習慣」非常地困難，除非持續接受新聞媒體的監督、監視、批判、揭發醜聞。
7. 在三十年前黃世銘、陳肇敏為什麼不爭取100％的言論自由？因為沒有這方面的常識，當然就不會有這種志氣與理想，因此所有已知的知識都是用來滿足自己與獨裁者的慾望，不知不覺就成為獨裁者踐踏人權的共犯，民主化以後，累積三、四十年的習慣還是改不回來。
8. 要讓一個社會在穩定當中發展、進步，一定要先打破原本腐爛的生態結構，讓充滿獨裁者思維的腦袋被打破，雖然他們會痛苦，但是這個痛苦是由於他們的「無知」而咎由自取。
9. 事實上「新聞自由」會拯救他們的家庭，因為他們對外是獨裁者，在家裡面一定也是獨裁者，會家暴或虐待親人，不然就是過度地溺愛子女，讓小孩子也變成毫無生存意志，只有這二種化學反應的可能。
10. 弱酸或弱鹼，因為增加特殊的鹽類而使酸性或鹼性下降，稱為同離子效應。舉例來說，弱酸「氟化氫HF」溶於水中本來會解離出一定份量的「質子酸H+」和「氟離子F－」，如果加上「氟化鈉NaF」鹽類，那麼因為「氟化鈉」解離會增加了很多「氟離子F－」，使得「氟F－」與「質子酸H+」的碰撞次數變多，大量地反應成中性的「氟化氫」分子，而減少了酸性。
11. 一個人會沒有社會正義感，或是明明迫害人權卻自我感覺很有正義感，這都是因為心胸狹窄、自私自利、知識淺薄、沒有參與公益組織活動的結果。台灣多數的司法官都沒有參加社會上的公益性社團，對環保、人權貢獻極少，卻很會自我感覺良好，事實上卻是踐踏人權的共犯，而且形成共犯結構。
12. 人類只要受僵化的教育訓練，在獨裁威權的環境當中生活，那思想不偏差都很困難，如何改正呢？1.讓自己的學術地位成為國際一流。2.定期做社會志工，服務社會弱勢。3.把家產奉獻一半給公益組織。沒有以上三個動作，很難改變權貴階級的「自我感覺良好」症狀，無法回到身心健康的狀態。
13. 惡人、壞人、獨裁者不是天生的，是長期不正常的生活而養成習慣的，依據勒沙特列原理，一定要加入一點新的元素，破壞了原本的生活節奏，生命才有辦法重新開始恢復正常。我們祝福陳肇敏等數十名身心不健全的軍官，與台灣多數的身心不健全的檢察官、法官，有一個美好的未來。
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