Kiến thức chung về Axit

Axít Axít (còn được viết là acid theo tiếng Anh hay acide theo tiếng Pháp; thông thường biểu diễn dưới dạng công thức tổng quát AH) nói chung là các hợp chất hóa học có thể hòa tan trong nước và có vị chua. Thông thường, axít là bất kỳ chất nào tạo được dung dịch có độ pH nhỏ hơn 7 khi nó hòa tan trong nước. Về mặt khoa học, nói chung axít là các phân tử hay ion có khả năng nhường prôton (ion H+) cho bazơ, hay nhận (các) cặp điện tử không chia từ bazơ. Phản ứng giữa axít và bazơ được gọi là phản ứng trung hòa, sản phẩm của phản ứng này là muối và nước. Tính chất chung Tính chất vật lí Vị giác: nói chung là chua khi hòa tan trong nước (Tuyệt đối không nên thử nếu là axít mạnh hay được pha đặc) . Xúc giác: có cảm giác nhói đau (với các axít mạnh). Độ dẫn điện: Là các chất điện phân nên có khả năng dẫn điện. Tính chất hóa học Làm đổi màu chất chỉ thị (làm quỳ tím hóa đỏ) Tác dụng với kim loại (Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb) Ví dụ: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 Tính điện li Trong nước phản ứng sau diễn ra giữa axít (AH) và nước, là chất đóng vai trò của một bazơ: AH + H2O -> A- +H3O+ Hằng số axít (hay hằng số điện li axít) là hằng số cân bằng cho phản ứng của AH với nước: Các axít mạnh có giá trị Ka lớn (có nghĩa là cân bằng của phản ứng nghiêng về bên phải, có rất nhiều ion H3O+ tồn tại; axít gần như điện ly hoàn toàn). Ví dụ, giá trị của Ka đối với axít clohiđric (HCl) là 107. Các axít yếu có giá trị Ka nhỏ (có nghĩa là ở mức cân bằng thì có một lượng đáng kể của AH và A- tồn tại cùng nhau trong dung dịch; các ion H3O+ tồn tại ở mức vừa phải; axít chỉ điện ly một phần). Ví dụ, giá trị của Ka cho axít axêtic là 1,8 x 10-5. Các axít mạnh bao gồm các axít của các halôgen như HCl, HBr, và HI. (Tuy nhiên, axít flohiđric (HF) lại tương đối yếu.) Các axít chứa ôxy, có xu hướng với các nguyên tử trung tâm ở các trạng thái ôxi hóa cao, được bao quanh bởi ôxy, cũng là các axít mạnh chẳng hạn HNO3, H2SO4, HClO4. Phần lớn các axít hữu cơ là axít yếu. Chú ý: Thuật ngữ "ion hiđrô" và "prôton" được sử dụng tương đương; cả hai đều chỉ tới H+. Trong các phản ứng hóa học H+ thông thường được viết tuy rằng trong nước nó thực sự là H3O+. Cường độ axít được đo bằng giá trị Ka của nó. Độ pH đo xem có bao nhiêu ion hiđrô tồn tại, điều này phụ thuộc vào dạng axít (bazơ) và phụ thuộc vào lượng của nó trong dung dịch. Cường độ axít được định nghĩa bằng pKa= - log(Ka). Phản ứng trung hòa Phản ứg trung hòa là phản ứng hóa học giữa axít và bazơ. Sản phẩm tạo thành là muối và nước. Vì thế nó còn được gọi là phản ứng tạo nước. Ví dụ: NaOH + HCl -> NaCl + H2O Dạng phản ứng này tạo thành nền tảng của các phương pháp thử chuẩn độ để phân tích axít, trong đó các chất chỉ thị độ pH chỉ ra điểm trung hòa. Bậc điện li axít Một số phân tử axít có thể cung cấp nhiều hơn một ion H+ (prôton). Các axít mà chỉ có thể cho một ion H+ trên một phân tử được gọi là axít mônôprôton, các phân tử axít nào mà có thể cung cấp hai ion H+ là axít điprôton, các phân tử axít nào có thể cho ba ion H+ là axít triprôton, v.v. Một axít mônôprôton chỉ có một nấc điện li (đôi khi gọi là ion hóa) như sau và đơn giản chỉ có một hằng số điện li: AH + H2O → A- + H3O+       Ka Một axít điprôton (được ký hiệu tượng trưng là AH2) có thể có một hoặc hai nấc điện ly phụ thuộc vào các điều kiện môi trường (tức pH). Mỗi nấc điện li có hằng số điện li riêng, là Ka1 và Ka2. AH2 + H2O → AH- + H3O+       Ka1 AH- + H2O → A-2 + H3O+       Ka2 Thông thường hằng số điện li thứ nhất lớn hơn so với hằng số điện li thứ hai; hay Ka1 > Ka2. Ví dụ, axít sulfuric (H2SO4) có thể cho một ion H+ để tạo ra một anion bisulfat (HSO4-), với hệ số Ka1 là rất lớn; sau đó nó có thể cho tiếp ion H+ thứ hai để tạo ra anion sulfat (SO4-2) trong đó Ka2 là có giá trị trung bình. Giá trị lớn của Ka1 cho nấc điện li thứ nhất làm cho sulfuric là một axít mạnh. Tương tự, axít yếu và không ổn định như axít cacbonic (H2CO3) có thể mất một ion H+ để tạo ra anion bicacbonat (HCO3-) và mất tiếp ion H+ thứ hai để tạo ra anion cacbonat (CO3-2). Cả hai giá trị Ka đều nhỏ, nhưng Ka1 > Ka2. Tương tự, một axít triprôton (AH3) có thể có 1, 2, 3 nấc điện li và có ba hằng số điện li, trong đó Ka1 > Ka2 > Ka3. AH3 + H2O → AH2- + H3O+       Ka1 AH2- + H2O → AH-2 + H3O+       Ka2 AH-2 + H2O → A-3 + H3O+       Ka3 Một ví dụ của axít triprôton vô cơ là axít octhophốtphoric(H3PO4), thông thường gọi là axít phốtphoric. Ba nguyên tử H của nó có thể kế tiếp nhau mất đi như là ion H+ (hay H3O+ trong nước) để sinh ra H2PO4-, sau đó là HPO4-2, và cuối cùng là PO4-3, ion octhophốtphat mang điện tích -3, thông thường gọi là phốtphat. Ví dụ của axít triprôton hữu cơ là axít xitric, nó cũng có thể kế tiếp nhau mất ba ion H+ để cuối cùng tạo ra ion citrat mang điện tích -3. Mặc dù vị trí của cả ba nguyên tử H trong phân tử gốc có thể là tương đương, nhưng các giá trị Ka kế tiếp nhau sẽ giảm dần do về mặt năng lượng, nó càng khó mất ion H+ hơn nếu ion mang điện tích âm cao dần lên và thường giảm khoảng 1000 lần qua mỗi bậc. Các định nghĩa khác Từ axít có nguồn gốc từ tiếng Latinh acidus có nghĩa là "chua". Trong hóa học thuật ngữ axít có nhiều nghĩa khác biệt. Mỗi định nghĩa được áp dụng hiệu quả trong một phạm vi xác định Nhà hóa học người Thụy Điển Svante Arrhenius định nghĩa axít, theo thuyết điện li, là chất cho các ion (H+) khi hòa tan trong nước (sản phẩm của dung dịch, H2O + H+, gọi là ion hiđrôni, H30+) và anion gốc axit; bazơ là chất cho các ion hiđrôxít (OH-). Định nghĩa này giới hạn axít và bazơ chỉ là những chất có thể hòa tan trong nước. Sau này, Brønsted và Lowry định nghĩa axít là chất cung cấp prôton và bazơ là chất nhận prôton. Theo định nghĩa này thì các chất mặc dù có thể không hòa tan trong nước, nhưng cũng có thể là axít hay bazơ. Định nghĩa chung nhất của axít và bazơ là định nghĩa Lewis, được đưa ra bởi nhà hóa học người Mỹ Gilbert N. Lewis. Thuyết Lewis định nghĩa "Axít Lewis" như là chất nhận cặp điện tử và "Bazơ Lewis" như là chất cho cặp điện tử. Theo định nghĩa này thì các chất không chứa một nguyên tử hiđrô nào, chẳng hạn như clorua sắt(III) cũng là một axít. Acid/base systems are different from redox reactions in that there is no change in oxidation state. Định nghĩa Lewis có thể giải thích với thuyết quỹ đạo phân tử. Nói chung, axít có thể nhận cặp điện tử vào trong quỹ đạo rỗng thấp nhất (LUMO) từ quỹ đạo chiếm cao nhất (HOMO) của bazơ. Điều này có nghĩa là HOMO từ bazơ và LUMO từ axít tổ hợp thành quỹ đạo phân tử liên kết. Định nghĩa Brønsted-Lowry, trong đó axít được coi như chất cho prôton, là khiếm khuyết trong nhiều trường hợp. Trong trường hợp này, prôton (H+) là axít thực sự và độ axít của hợp chất cấp prôton, chẳng hạn như axít hữu cơ, được xác định bởi độ ổn định của nó khi nó cho các prôton vào dung dịch mà nó được hòa tan. Vì thế nếu axít hữu cơ ưa cho prôton đi, nó sẽ có độ axít cao vì nó cấp các prôton với các quỹ đạo phân tử rỗng vào dung dịch. Điều này giải thích tại sao các axít hữu cơ chẳng hạn như các axít cacboxylic hoạt động. Ở đây Định nghĩa Brønsted có tiíh dịnh lượng cao nhất được sử dụng chủ yếu cho phản ứng trung hòa và phản ứng thuỷ phân trong môi trường nước ; Định nghĩa Lewis được sử dụng cho phản ứng tạo phức còn Định nghĩa Ubanovich được sử dụng chủ yếu cho phản ứng pha rắn . Chỉ số axít Chỉ số này được sử dụng để định lượng số lượng axít tồn tại, chẳng hạn như trong dầu điêzen sinh học. Nó là lượng bazơ, biểu diễn theo lượng miligam hiđrôxít kali (KOH), cần phải có để trung hòa các thành phần axít trong 1 g mẫu thử. AN = (Veq - beq) × N × 56,1 / Wdầu. Veq là lượng chất thử chuẩn (ml) được tiêu thụ bởi một mẫu dầu mỏ và 1 ml (spiking solution??) ở diểm tương đương, và beq là lượng chất thử chuẩn (ml) được tiêu thụ bởi 1 ml (spiking solution??) ở điểm tương đương. Nồng độ phân tử gam của chất thử chuẩn (N) được tính như sau: N = 1000 × WKHP / (204,23 × Veq). Trong đó, WKHP là lượng (g) của KHP trong 50 ml dung dịch KHP tiêu chuẩn, và Veq là lượng của chất thử chuẩn (ml) được tiêu thụ bởi 50ml dung dịch KHP tiêu chuẩn ở điểm tương đương. Chỉ số axít (mg KOH/g dầu) cho dầu điêzen sinh học được ưa chuộng phải thấp hơn 3. Tên gọi Các axít được đặt tên phù hợp với aion của chúng. Phần cuối của ion bị bỏ đi và thay thế với các hậu tố mới theo bảng dưới đây. Phần cuối anion Hậu tố axít at axít+ ic it axít + ơ ua axít + hiđric Ví dụ: sulfat --> axít sulfuric sulfit --> axít sulfurơ sulfua --> axít sulfuhiđric peclorat --> axít pecloric clorua --> axít clohiđric Các axít thông dụng Axit được phân thành 2 loại lớn có cấu tạo phân tử rất khác nhau: axit hữu cơ và axit vô cơ. Axít vô cơ mạnh Axít brômhiđric HBr Axít clohiđric HCl Axit Iothiđric HI Axít nitric HNO3 Axít sulfuric H2SO4 Axít cloric HClO3 Axít pecloric HClO4 Axít vô cơ yếu hay trung bình Axít boric H3BO3 Axít phốtphoric H3PO4 Axít cacbonic H2CO3 Axít pyrophốtphoric H4P2O7 Axít sunfurơH2SO3 Axít asenicH2SeO3 Axít hữu cơ yếu Axít axêtic CH3-COOH Axít benzôic C6H5-COOH Axít butyric CH3-(CH2)2-COOH Axít xitric COOH-CH2-C(COOH(OH))-CH2-COOH Axít foócmic H-COOH Axít lactic CH3-CH(OH)-COOH Axít malic COOH-CH2-CH(OH)-COOH Axít prôpionic CH3-CH2-COOH Axít piruvic CH3-C(=O)-COOH (chứa nhóm chức xêtôn) Axít valeric CH3-(CH2)3-COOH Axít trong chế biến thực phẩm Axít axêtic hay axít êtanoic: (E260) tìm thấy trong giấm và nước sốt cà chua Axít ađipic: (E355) Axít alginic: (E400) Axít benzoic: (E210) Axít boric: (E284) Axít ascoócbic (vitamin C): (E300) tìm thấy trong các loại quả. Axít xitric: (E330) tìm thấy trong quả các loại cam chanh. Axít carbonic: (E290) tìm thấy trong các nước uống cacbonat hóa nhẹ. Axít cacminic: (E120) Axít xyclamic: (E952) Axít erythorbic: (E315) Axít erythorbin: (E317) Axít foócmic: (E236) Axít fumaric: (E297) Axít gluconic: (E574) Axít glutamic: (E620) Axít guanylic: (E626) Axít clohiđric: (E507) Axít inosinic: (E630) Axít lactic: (E270) tìm thấy trong các sản phẩm sữa như yoghurt và sữa chua. Axít malic: (E296) Axít metatartaric: (E353) Axít nicôtinic: (E375) Axít ôxalic: tìm thấy trong rau bina và đại hoàng. Axít pectic: tìm thấy trong một số loại quả và rau. Axít phốtphoric: (E338) Axít prôpionic: (E280) Axít soócbic: (E200) tìm thấy trong đồ uống và thực phẩm. Axít stêaric: (E570), một loại axít béo. Axít sucxinic: (E363) Axít sulfuric: (E513) Axít tannic: tìm thấy trong chè Axít tartaric: (E334) tìm thấy trong nho