CHƯƠNG I: KIEN THỨC VỀ AXIT-BAZO ,1SỰ ĐIỆN LY [.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN L.Chất điện li: là những chất tan trong nước tạo thành dung dich dẫn điện được hoặc ở trang thát nóng chảy, Ví dụ: Muối, bazơ, axit thuộc loại chất điện li.Chất không điện li: là những chất mà dung dịch không dẫn điện. Ví du: Rượu etylic, đường saccarozơ là những chất không điện li.Sự điện li: là sự phân lí thành ion dương và ion âm của phân tử chất điện li khi tan trong nước.ĐỘ MANH YẾU CUA CHẤT ĐIỆN LY Chất điện li mạnh gan như là những chất phân li hoàn toàn (quá trình điện li là quá trình một chiều). Ví đụ: NH,CI + NH," +CL Ba(OH); > Ba”" + 2 OH” HI + H + Những chất điện li mạnh là những chất tinh thể hoặc phân tử có liên kết cộng hoá trị phân li rất mạnh như: © Hầu hết các muối tan (trừ một số muối tạo thành phức chất giữa cation kim loại và anion gốc axit như ZnCl, HgC];. © Các axit mạnh như: HC], HNO;, HBr, HI, HCIO;, HCIO,, H;SO,.
© Các buzơ tan: NaOH, KOH, Ba(OH);, Ca(OH);,. Chất điện li yếu: là những chất phân li một phần (quá trình điện |i là quá trình thuận nghịch). Ví dụ: CH;COOH + HO £—> CH;COO' + H;O” NH, +H:Oc—> NH,’ + OH’ * Những chất điện li yếu thường gap: o Các axit yếu: HNO», H:PO;, H;ạS, HF, HCIO, HCIO:. > Các bazd yếu: NH›, CạH;NH;,.
ø_ Cúc ion phức cũng phản li yếu: Vídụ: [Cu (NH›;).|” —> Cu” + 4NH; (ion này điện li theo bốn nấc liên tiếp) SVTH: Lê Thị Trà Giang GVHD: ThS.Ngé Tấn Lộc 1.D6 điện li (a): Độ điện li a của chất điện li là ti số giữa số phân tử điện li (n) và tổng số phân tử ban đầu (nụ) của nó tan trong dung địch: _a ny (0<asl) hoặc độ phân li œ là tỉ số: Số mol chất đã điện lì a= S6 mol chat hda tan Độ điện |i phụ thuộc vào ban chất, néng độ chất điện li và nhiệt độ. Theo quy ước: Chất điện li Trungbinh |Mạnh ` Đề 0<œ<003 |03<œ<03 |03<as| l Sư điện li ion Một phẩn | Gan hoan toan L.Hằng số điện li(K): *' Quá trình điện li của chất điện li yếu là quá trình thuận nghịch, hằng số cân bằng của nó được gọi là hằng số điện li. Ví du: Đối với chất điện li yếu AB: AB >A +B ~ Khi đạt tới trạng thái cân bằng: [A*]* (B] [AB] Trong đó [A*], (B'], [AB] là néng độ lúc cân bằng. Y Hằng số điện li phụ thuộc vào bản chất điện li, nhiệt độ, không phụ thuộc vào nồng độ dung dịch.
* Chất điện l¡ càng yếu thì K càng nhỏ. Gọi C (mol/l) là nồng độ ban đầu của chất điện li AB. Ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa độ điện li œ với hằng số điện li K và nông độ C như sau: AB >> A*+ B Banđầu C 0 0 (mol) SVTH: Lê Thị Trà Giang GVHD: ThS.Ngô Tấn Lộc Phân ly Cơ Cơ Cơ (mol) Cânbằng C(l-a) Ca Cœ(mol) (Cay Ca’ l6————— „ C(l - œ}) l-œ Từ đó ta thấy khi dung dịch càng loãng, C càng nhỏ thì œ càng lớn. Y Khi C > Oth a > | đối với moi chất điện li.
© Đối với chất điện li yếu khi dung dich quá loãng (a < 0,05) thì có thể coi (1 - a) = Ì. Khi đó ta có công thức gan đúng: K = C dẺ hay : © Đối với các axit yếu, bazơ yếu ta có các hằng số điện li axit, bazơ. Đối với các ion phức có hằng số không bền. © Đối với chất điện li nhiều nấc, mỗi nấc có một hằng số điện lì riêng.
Ví dụ: CO; +2H;O == H;O* + HCO; K, =4.5*107 HCO; + HạO £—> H,0'+CO;* K;=4. Khi thêm ion cùng loại vào dung dịch đó điện li của chất điện li yếu sẽ giảm xuống do cân bằng điện li chuyển dich theo chiều nghịch. Ví du; trong dung dịch CH;COOH tổn tại cân bằng: CH;COOH + H;O £> CH;COO + HO” Nếu ta hoà tan thêm một ít muối CH;COONa vào dung dịch, muối sẽ điện li: CH¡COONa — CH;COƠ + Na” làm tăng néng độ CHyCOO trong dung dich nên làm cho cân bằng điện li của CH;COOH chuyển dich theo chiều nghịch. Do đó làm giảm độ điện li của CH;COOH.LỊCH SỬ HÌNH THÀNH KHÁI NIỆM AXIT- BAZO L2.Các thuyết axit — bazơ trước A-rê- ni —ut (S.Arrhénius) Từ thời cổ.
người ta đã biết đến axit axetic. Các nhà giả kim thuật nhận thấy có nhiều chất có tính chất giống dấm nên xếp chúng vào một nhóm goi là axit - từ axit xuất phát từ tiếng Latinh acetum nghĩa là chua. SVTH: Lê Thị Trà Giang GVHD: ThS.Ngô Tấn Lộc Người ta cũng có một loại hợp chất có tính chất hoàn toàn trái ngược với tính axit. Ban dau người ta thu được các chất này từ than một số loài thực vật, vì vậy gọi chúng là alkali (theo tiếng Arập có nghĩa là tro thực vật) ta dich chúng là kiểm (kiểm là baz tan trong nước).
Nhưng làm thế nào để nhận ra một chất là axit hay bazơ ? Lúc dau người ta dựa vào vị chua. Nhưng đến thế kỷ XVII Rô - bot - boi — le (Robert boyle) hệ thống lại các tiêu chuẩn về axit - bazơ. Đối với axit ông viết: “axit nguyên chất hay dung dịch axit là những chất có vị chua; hòa tan nhiều chất không tan trong nước, đặc biệt là kim loại, làm đổi màu xanh của các bông hoa thành đỏ. Đến thé kỷ XIX nhà hóa học Đức Li - bic (Von Liebig) cho rằng: “không phải bất kỳ nguyên tử hidro nào trong phân tử cũng mang tính axit mà chỉ có những nguyên tử hiđro nào có thể thay thế bằng kim loại mới mang tính axit”.
Nhưng lí thuyết trên đều là những cố gắng đầu tiên trong việc xây dựng lí thuyết axit — bazd. Những lí thuyết đó giúp ta hiểu được bản chất axit - bazơ của axit, bazơ. Hơn nữa chưa có lí thuyết nào có cơ sở định lượng.Thuyết axit — bazơ của Arrhénius Dựa vào thuyết điện li của mình, Arrhénius đã nêu lên định nghĩa về axit- bazơ như sau: ¥ Axit la chất khi tan trong nước phân li ra cation H”. Ví dụ: HCI => H* + Cr CH,COOH =— H” +CH;COO ¥ Bazơ là chất khi tan trong nước phân li ra anion OH’.
Ví dụ: KOH ->K'+OH' NaOH —> Na” + OH Như vậy phân tử mang tính axit là H”, phân tử mang tính bazơ là OH’. Uu điểm: Có thể xác định một cách định lượng độ mạnh của các axit và các bazơ. Theo thuyết điện li thì tính mạnh hay yếu của axit, bazơ là dođộ điện li của chúng lớn hay nhỏ. HCl > H” + Cl' a= 1: axit mạnh.
CH;COOH £—> H” + CH;COO' œ =0. * Có thể dùng hằng số điện li của các axit bazơ để đo độ mạnh yếu. K, của CH;COOH = I.10” (nấc 2) SVTH: Lê Thị Tra Giang GVHD: ThS.Ngô Tấn Lộc Thiếu sót: Mặc dù thuyết axit -bazơ của Arrhénius đồng một vai trò quan trong trong việt phát triển lí thuyết hóa học nhưng vẫn gặp một số khó khãn. lon H” không tổn tại độc lập trong nước mà tổn tại dưới dạng ion H;O”.
Do đó việc cho rằng sự phân li HC! theo sơ đổ sau là hoàn toàn không đúng: HCI + H" +CI' Thực tế phải coi sự điện lí một axit là sự chuyển proton từ axit sang phân tử dung môi. HC! + H;O — H;O”(aq) + CI(aq) Theo Arrhénius tính chất của bazơ là do ion hidroxit OH gây nên. Tuy nhiên có những chất không chứa ion hiđroxit vẫn có thể trung hòa axit. Vidu: NH;(lỏng) là một bazơ và nó tác dung với axit.
NH, (1) + HCl(k) — NH,” + Cl’ Mặc dù các phản ứng trong dung dich nước có tẩm quan trọng đặc biệt. Tuy vây còn có những dung môi khác cũng có ý nghĩa quan trọng chẳng hạn SO; (lỏng), NH (lỏng).Nhung theo Arrhénius chỉ xét các phản ứng xảy ra rong dung môi nước. Như vậy cẩn có cái nhìn khái quát hơn về axit, bazơ vượt ra ngoài khuôn khổ Arrhénius. ¥ Tuy nhiên vé mặt sư phạm thì những định nghĩa axit - baZớ của Arrhénius đặc biệt đơn giản, dé day dé học nên có thể lấy làm điểm xuất phát để dạy các thuyết khác.Thuyết axit — bazơ của Bronsted và Lowry: Johannes Bronsted (1879 — 1947) là nhà hóa học Đan Mach va Lowry nhà hóa học Anh đã làm việc độc lập nhau và xây đựng nên thuyết Bronsted — Lowry hay còn gọi là thuyết proton về axit— bazơ, công bố năm 1923, Định nghĩa: Axit là chất nhường proton (H”), bazơ là chất nhận proton.
Axit = H* + Bazơ Axit bazơ bazơ axit Axit có thể là phân tử trung hòa (HCI, HạSO,.) cũng có thể là anion (HCO;, HPO,.), cũng có thể là các cation ( NH,”, HạO'). Bazơ có thể là phân tử trung hòa ( NH;, C„H;NH;), có thé là anion (OH’, Cl), cũng có thể là cation ( { Al(H;O). Vậy nước là axit hay bazơ? SVTH: Lê Thị Trà Giang GVHD: ThS.Ngé Tấn Lộc Theo Arrhénius, nước là chất lưỡng tính và phân ii ra ion H và ion OH HO c— H` +OH' Theo thuyết điện li thì Al(OH);, Zn(OH);.là những chất lưỡng tính. Theo Bronsted thì nước là chất lưỡng tính vì nó vừa có khả năng nhường vừa có khả năng nhân proton.
HCI + H;O CC H;O” + CL Bazơd Axit Theo Bronsted thì các anion của các da axit, các dung môi phan li ra proton cũng là những chất lưỡng tính. Ví dụ: HPO, + H;O £—> HO” +PO,” Axit HPO,” + H)SO, £—> H;PO, + SO,” Bazơ Tóm lại thuyết Bronsted tổng quất hơn thuyết Arrhénius. ⁄ Nó bao gồm được cả những thành tựu của thuyết Arrhénius. * Mở rộng việc nghiên cứu các phan ứng axit - bazd trong các dung môi khác nước hoặc không có dung môi.
“Thuyết Bronsted là một thuyết định lượng và sử dụng được cả những dữ liệu thực nghiệm trong khuôn khổ của thuyết Arrhénius. ~ Nó làm sáng tỏ vai trò của dung môi trong quá trình phân li phan tử thành ion. H;O() + HCI(k) + H,O* + Cr Tuy nhiên thuyết Bronsted còn có nhiều nhược điểm: ¥ Thuyết Bronsted chỉ giới hạn tương tác axit — baZơ trong những quá trình trao đổi proton. v Có những phan ứng rõ ràng là axit - bazd như phản ứng giữa oxit kim loại và oxit phi kim để tạo muối.
Ví dụ: CO; + CaO + CaCO, Nhưng theo lí thuyết Bronsted, không thể coi đó là tương tác axit = bazơ được vì không có quá trình trao đổi proton. Vì vậy cần có những thuyết khác để bổ sung cho nhau. Ngoài hai thuyết trên còn có thuyết axit = bazơ của Li = uyt (Lewis), thuyết axit =bazơ của Hanz (Hantzch).Tuy nhiên trong chương trình hóa học phổ thông ta chỉ xét thuyết axit — baZØ của Arrhénius, của Bronsted- Lowry.