Chất điện li yếu nào sau đây? Giải thích lý do tại sao?

1. Điện li là gì?

Điện li (hay còn gọi là ion hóa) là quá trình phân ly các chất khi hòa tan trong nước để tạo ra các ion âm (anion) và ion dương (cation). Nói một cách đơn giản, điện li là sự phân tách các chất thành các ion khi hòa tan trong nước. Các chất như axit, bazơ, và muối dẫn điện do chứa các ion tự do trong dung dịch.

Cụ thể, điện li là quá trình mà một nguyên tử hoặc phân tử nhận hoặc mất electron để tạo thành ion với điện tích âm hoặc dương. Quá trình này thường đi kèm với nhiều phản ứng hóa học khác.

• Ion dương hình thành khi nguyên tử hấp thụ đủ năng lượng (tương đương hoặc lớn hơn năng lượng ion hóa của electron) để giải phóng electron, còn gọi là electron tự do. Năng lượng ion hóa là mức năng lượng cần thiết cho quá trình này.
• Ion âm được hình thành khi một electron tự do va chạm vào một nguyên tử điện trung hòa, bị giữ lại và thiết lập hàng rào thế năng với nguyên tử đó. Electron không còn đủ năng lượng để thoát khỏi nguyên tử, dẫn đến sự hình thành ion âm.

Điện li được thể hiện qua các phương trình như: NaCl → Na+ + Cl-; NaOH → Na+ + OH-; HCl → H+ + Cl-.

Điện li đơn giản xảy ra khi các chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị phân cực phân tách thành các ion riêng biệt khi hòa tan trong nước, ví dụ như NaCl.

2. Các loại chất điện li là gì?

Chất điện li (còn gọi là chất điện giải hoặc chất điện phân) là các chất khi hòa tan trong nước (hoặc nóng chảy) phân tách thành các ion. Chúng bao gồm axit, bazơ và muối. Các chất không điện li khi hòa tan trong nước tạo thành dung dịch không dẫn điện.

Dung dịch axit, bazơ và muối có khả năng dẫn điện vì chúng chứa các ion mang điện tích tự do trong dung dịch, bao gồm cả anion và cation. Điều này xảy ra do phân tử nước bị phân cực, tạo ra hai đầu âm và dương nhờ nguyên tử oxi có độ âm điện cao hơn nguyên tử hydro, khiến cặp electron bị lệch về phía oxi. Khi chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị phân cực hòa tan trong nước, phân tử của nó bị bao quanh và tương tác với nước, tách ra thành các ion: ion dương (-) được tách ra bởi oxi (mang điện âm) và ion âm (-) bởi hydro (mang điện dương). Quá trình này phá vỡ liên kết nguyên tử và giải phóng năng lượng. Ngược lại, các dung dịch như glixerol, đường saccarozo, ancol etylic không dẫn điện vì không phân li thành các ion trong nước do liên kết phân cực yếu.

Các cation và anion trong dung dịch chuyển động hỗn loạn và có thể va chạm nhau để tái hợp thành phân tử, cho thấy sự điện li có tính thuận nghịch. Do đó, phương trình điện li có thể là phản ứng thuận nghịch. Chất điện li được phân loại thành hai loại chính: chất điện li mạnh và chất điện li yếu.

- Chất điện li mạnh là các chất khi hòa tan trong nước đều phân li thành ion. Ví dụ, NH4Cl khi điện li sẽ tạo ra NH4+ và Cl-.

Các ví dụ về chất điện li mạnh bao gồm:

• Axit như HCl, HNO3, H2SO4, ...
• Bazơ mạnh như NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2, ...
• Hầu hết các muối của axit mạnh và bazơ mạnh như NaCl, KNO3, KCl, K2SO4, ...

Trong phương trình điện li của các chất điện li mạnh, mũi tên một chiều được dùng để chỉ rõ hướng của quá trình điện li.

Dưới đây là ví dụ về phương trình điện li:

• NaCl là một chất điện li mạnh, trong dung dịch 100 phân tử NaCl hòa tan sẽ hoàn toàn phân li thành ion. Phương trình điện li: NaCl → Na+ + Cl-
• Dung dịch Na2SO4 0,1M hoàn toàn điện li, do đó nồng độ các ion có thể tính được: Na là 0,2M và SO4^2- là 0,1M. Phương trình phân li: Na2SO4 → 2Na+ + SO4^2-

- Chất điện li yếu chỉ phân li một phần trong nước, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch. Ví dụ về điện li yếu: CH3COOH ⇔ CH3COO– + H+

Dưới đây là các ví dụ về chất điện li yếu:

• Các axit yếu như axit hữu cơ CH3COOH, HClO, H2S, HE, HCN, H2SO3, và các ví dụ khác.
• Các bazơ yếu bao gồm Bi(OH)3, Mg(OH)2, và những ví dụ khác.

Đối với các chất điện li yếu, phương trình điện li thường sử dụng mũi tên hai chiều.

Dưới đây là ví dụ về phương trình điện li:

• CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+
• Mg(OH)2 ⇌ Mg2+ + 2OH-

Lưu ý: Khi pha loãng dung dịch, các ion dương và âm của chất điện li cách xa nhau, giảm khả năng va chạm để tái tạo phân tử, dẫn đến tăng độ điện li.

- Các chất như AgCl, BaSO4, Fe(OH)3, ... thường được coi là không hòa tan trong nước. Tuy nhiên, thực tế vẫn có một lượng nhỏ hòa tan, phần hòa tan có thể phân ly, do đó chúng vẫn được xếp vào nhóm chất điện li. Chất không điện li là những chất khi tan trong nước không phân ly thành ion, ví dụ như dung dịch đường, dung dịch rượu, ...

3. Chất nào dưới đây là chất điện li yếu?

Để xác định chất nào điện li yếu hơn chất khác, phương pháp chủ yếu là thực nghiệm và cân bằng điện li. Cân bằng điện li xảy ra khi sự phân ly của các chất điện li yếu là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ phân ly của phân tử chất điện li (phản ứng thuận) bằng tốc độ kết hợp các ion thành phân tử chất điện li (phản ứng nghịch), cân bằng điện li được thiết lập. Sự điện li được biểu diễn qua phương trình điện li.

Đặc điểm của cân bằng điện li:

• Các phương trình phản ứng thuận nghịch tạo thành một hệ cân bằng được gọi là cân bằng điện li.
• Cân bằng điện li thuộc loại cân bằng động như mọi cân bằng hóa học khác, vì vậy cân bằng sẽ dịch chuyển theo hướng chống lại các tác động làm thay đổi cân bằng. Cân bằng điện li tuân theo nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier.
• Sự phân ly càng hoàn toàn khi cân bằng càng dịch chuyển theo chiều thuận, và sự dịch chuyển cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ mol/lít của chất tan.
• Khi nhiệt độ tăng hay dung dịch loãng hơn, sự phân ly càng hoàn toàn, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận hơn. Do đó, cần so sánh độ mạnh của các chất điện li dưới cùng điều kiện nhiệt độ và nồng độ.

Tại cùng một nhiệt độ và nồng độ mol/lít, chất điện li mạnh có sự phân ly hoàn toàn hơn, tức là cân bằng chuyển dời theo chiều thuận nhiều hơn. Ngược lại, chất điện li yếu sẽ có sự phân ly không hoàn toàn, cân bằng chuyển dời theo chiều nghịch.

Như đã đề cập, chất điện li yếu bao gồm các axit yếu, bazơ yếu và một số muối, trong khi axit mạnh, bazơ mạnh và hầu hết các muối là chất điện li mạnh.

Trong số các chất sau: KNO3, NaOH, HCl, NH4Cl, HNO3, KOH, MgCl2, Ca(OH)2, CH3COOH, chất điện li yếu là CH3COOH.

Giải thích:

HCl là axit mạnh, MgCl2 là muối tan, Ca(OH)2 là dung dịch bazơ, KNO3 là muối tan, NaOH là bazơ mạnh và các chất này đều là chất điện li mạnh.

Chất điện li yếu chỉ phân li một phần thành ion khi tan trong nước. Vì phương trình điện li của CH3COOH là CH3COOH ⇄ CH3COO− + H+, nên CH3COOH được xác định là chất điện li yếu.