Bài 2: Sự điện li, thuyết Bronsted - Lowry về acid - base

I. Sự điện li, chất điện li và chất không điện li

Thí nghiệm: Tính dẫn điện của dung dịch nước muối và dung dịch nước đường.

- Thiết lập bộ dụng cụ gồm một nguồn điện là hai viên pin nối tiếp với bóng đèn, hai đầu mạch điện nối với hai thanh kim loại không chạm nhau, được đặt trong một cốc thủy tinh chứa nước muối hoặc nước đường.

Nước đường	Nước muối

- Kết quả quan sát:

+ Cốc đựng nước muối: đèn sáng.

+ Cốc đựng nước đường: đèn không sáng.

- Kết luận: nước muối dẫn được điện chứng tỏ trong dung dịch có chứa các hạt mang điện chuyển động tự do, là các ion.

⇒ Muối ăn khi tan trong nước phân li ra ion.

Ngược lại, đường tan trong nước không phân li ra ion nên không dẫn điện.

Quá trình phân li các chất khi tan trong nước thành các ion được gọi là sự điện li. Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li thành các ion. Chất không điện li là chất khi tan trong nước không phân li ra ion.

Quá trình mô tả sự điện li được gọi là phương trình điện li.

NaCl \(\rightarrow\) Na⁺ + Cl^-

Trong thực tế, người ta thấy rằng:

+ Hầu hết các acid, base, muối tan được trong nước đều là chất điện li.

+ Rất nhiều chất hữu cơ tan được trong nước như đường saccharose, ethanol, glycerol,... là những chất không điện li.

Nước đóng vai trò quan trọng trong sự điện li của một chất. Điều này được giải thích bởi nước là phân tử phân cực nên khi hòa tan một chất điện li vào nước, xuất hiện tương tác của nước với các ion. Tương tác này sẽ bứt các ion ra khỏi tinh thể để tan vào nước.

II. Thuyết Bronsted – Lowry về acid – base

1. Thuyết Bronsted – Lowry về acid – base

- Năm 1923, Bronsted và Lowry đã đề xuất thuyết về acid – base như sau: Acid là những chất có khả năng cho H⁺, base là nhưng chất có khả năng nhận H⁺.

Ví dụ:

+ HCl là acid do có khả năng cho H⁺

HCl + H₂O \(\rightarrow\) H₃O⁺ + Cl^-

+ Ammonia khi tan trong nước có phản ứng với nước

NH₃ + H₂O \(\rightleftharpoons\) NH₄⁺ + OH^-

Trong phản ứng thuận, H₂O đã nhường H⁺ cho NH₃ nên đóng vai trò acid, còn NH₃ nhận H⁺ từ H₂O nên đóng vai trò base.

+ Trong dung dịch nước của acetic acid tồn tại cân bằng sau:

CH₃COOH + H₂O \(\rightleftharpoons\) H₃O⁺ + CH₃COO^-

Theo phản ứng thuận, CH₃COOH đóng vai trò acid còn H₂O đóng vai trò base. Theo phản ứng nghịch, H₃O⁺ đóng vai trò acid còn CH₃COO^- đóng vai trò base.

- Chất lưỡng tính là chất vừa có khả năng nhận H⁺, vừa có khả năng cho H⁺.

2. Acid mạnh/ base mạnh và acid yếu/ base yếu

- Theo thuyết Bronsted – Lowry, cả HCl và CH₃COOH đều là acid, tuy nhiên khi viết phương trình điện li có sự khác nhau.

HCl \(\rightarrow\) H⁺ + Cl^-

CH₃COOH \(\rightleftharpoons\) CH₃COO^- + H⁺

+ Mũi tên một chiều có nghĩa đây là quá trình một chiều và HCl phân li hoàn toàn trong nước, nghĩa là không còn phân tử HCl trong dung dịch.

+ Mũi tên thuận nghịch có nghĩa đây là quá trình thuận nghịch và CH₃COOH không phân li hoàn toàn trong nước, nghĩa là trong dung dịch vẫn còn có cả phân tử CH₃COOH cùng các ion CH₃COO^- và H⁺.

- Từ sự phân li hoàn toàn và không hoàn toàn của acid và base trong nước, rút ra:

+ Acid mạnh và base mạnh phân li hoàn toàn trong nước.

+ Acid yếu và base yếu phân li một phần trong nước.

- Theo thuyết Bronsted – Lowry, nhiều ion như Fe^3+, Al³⁺, CO₃^2-,... sẽ đóng vai trò acid hoặc base trong nước, bởi chúng tác dụng một phần với nước. 

Al³⁺ + 3H₂O \(\rightleftharpoons\) Al(OH)₃ + 3H⁺

CO₃^2- + H₂O \(\rightleftharpoons\) HCO₃^- + OH^-

HCO₃^- + H₂O \(\rightleftharpoons\) H₂CO₃ + OH^-

Các phản ứng này còn được gọi là phản ứng thủy phân của ion Al³⁺ và ion CO₃^2-. Phản ứng thủy phân của những ion này có nhiều ý nghĩa trong thực tiễn.

Ví dụ: Phèn nhôm có công thức Kal(SO₄)₂.12H₂O trong nước bị phân li hoàn toàn theo phương trình:

KAl(SO₄)₂.12H₂O \(\rightarrow\) K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2- + 12H₂O

Chất này thường được dùng để làm trong nước và làm chất cầm màu trong công nghiệp nhuộm, in bởi ion Al³⁺ tạo ra Al(OH)₃ ở dạng kết tủa keo,... có khả năng hấp thụ các chất rồi lắng xuống đáy bể hoặc gắn vào sợi vải cần nhuộm.

1. Quá trình phân li các chất khi tan trong nước thành các ion được gọi là sự điện li. Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li thành các ion. Chất không điện li là chất khi tan trong nước không phân li ra ion.

2. Thuyết Bronsted và Lowry về acid – base: Acid là những chất có khả năng cho H⁺, base là nhưng chất có khả năng nhận H⁺.

3. Acid mạnh và base mạnh phân li hoàn toàn trong nước, acid yếu và base yếu phân li một phần trong nước.

4. Các ion tác dụng với nước tạo ra H⁺ là acid. Các ion tác dụng với nước tạo ra OH^- là base.