Axit mạnh và axit yếu: chúng là gì và làm cách nào để phân biệt chúng?

Điều quan trọng là có thể xác định axit mạnh từ axit yếu, cả cho mục đích học tập và khi chúng ta sử dụng chúng trong phòng thí nghiệm. Axit mạnh rất hiếm, vì vậy một trong những cách dễ nhất để phân biệt chúng với axit yếu là ghi nhớ chúng là gì. Bất kỳ axit nào khác không được liệt kê sẽ là một axit yếu.

Các khía cạnh chính của axit mạnh và axit yếu

• Các axit mạnh phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước, do đó tất cả các phân tử của chúng đều mất ít nhất một proton (H ⁺ ) tạo thành ion hydroni (H ₃ O ⁺ ) với phân tử nước, trong khi các axit yếu chỉ phân ly một phần.
• Các axit mạnh rất ít, chỉ có 7 axit vô cơ mạnh nên để dễ phân biệt axit yếu có thể học thuộc lòng; nếu nó không được liệt kê, nó sẽ là một axit yếu.
• Các axit mạnh là axit clohydric (HCl), axit nitric (HNO3 ₎ , axit sunfuric (H2SO4 ₎ , axit bromhydric ( HBr ₎ , axit hydroiodic (HI), axit pecloric ( _HClO4 ) và axit cloric (HClO ₃ ).
• Axit yếu duy nhất được hình thành từ phản ứng của một nguyên tố halogen là axit flohydric (HF). Mặc dù về mặt kỹ thuật là một axit yếu, nhưng axit flohydric có tính ăn mòn cao.

axit mạnh

Các axit mạnh phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước, mỗi phân tử giải phóng ít nhất một proton (cation H ⁺ ) tạo thành ion hydroni (H ₃ O ⁺ ) với phân tử nước. Các axit mạnh vô cơ phổ biến nhất là bảy.

• Axit clohydric (HCl)
• Axit nitric (HNO ₃ )
• Axit sunfuric (H ₂ SO ₄ )
• Axit bromhydric (HBr)
• Axit hydroiodic (HI)
• Axit pecloric (HClO ₄ )
• Axit cloric (HClO ₃ )

Các ví dụ sau đây là các phản ứng ion hóa điển hình của axit mạnh trong dung dịch nước.

HCl → H ⁺ + Cl ^–

HNO ₃ → H ⁺ + NO ₃ ^–

H ₂ SO ₄ → 2H ⁺ + SO ₄ ^–

Cần phải làm rõ rằng trong các phản ứng này, các ion hydro có điện tích dương, chúng là cation và hướng của phản ứng chỉ hướng tới các sản phẩm, điều này cho thấy rằng tất cả các phân tử chất phản ứng đều phân ly.

axit yếu

Axit yếu không phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước; nghĩa là, một số phân tử chất phản ứng nhất định vẫn giữ nguyên thành phần ban đầu của chúng. Đây là trường hợp của axit flohydric (HF). Có nhiều axit yếu hơn axit mạnh. Hầu hết các axit hữu cơ đều yếu, với một số ngoại lệ như axit p-toluenesulfonic, phân ly khá ít, nhưng không hoàn toàn. Một số axit yếu được liệt kê dưới đây theo thứ tự tính axit giảm dần.

• HO ₂ C ₂ O ₂ H – axit oxalic
• H ₂ SO ₃ – axit sunfuric
• HSO ₄ ^– – ion hydro sunfat
• H ₃ PO ₄ – axit photphoric
• HNO ₂ – axit nitrơ
• HF – axit flohydric
• HCO ₂ H – axit metanoic
• C ₆ H ₅ COOH – axit benzoic
• CH ₃ COOH – axit axetic
• HCOOH – axit fomic

Một ví dụ về phản ứng ion hóa axit yếu là axit axetic, tạo ra cation hydroni và anion axetat.

CH ₃ COOH + H ² _O ⇆ H ₃ O ⁺ + CH ₃ COO–

Đáng chú ý là trong trường hợp này, không giống như axit mạnh, phản ứng xảy ra theo cả hai hướng, như được biểu thị bằng mũi tên kép. Trong trường hợp này, vì phản ứng ngược lại dễ xảy ra hơn nên chỉ khoảng 1% phân tử axit axetic bị phân ly, trong khi phần còn lại vẫn giữ nguyên thành phần ban đầu.

Cách phân biệt axit mạnh và axit yếu

Giá trị của hằng số cân bằng của phản ứng phân ly cho biết axit mạnh hay yếu . Nghĩa là, hằng số phân ly axit K _a , là hằng số cân bằng của phản ứng phân ly axit trong môi trường nước (tham số logarit cũng được sử dụng, pK _a = -logK _a ). Giá trị của K _a lớn đối với axit mạnh (và pK _a nhỏ); trong axit yếu, giá trị của K _a nhỏ (và pK _a lớn).

Mạnh hay yếu so với nồng độ hoặc pha loãng

Phải cẩn thận để không nhầm lẫn giữa thuật ngữ mạnh và yếu với đậm đặc và loãng. Một axit đậm đặc có một lượng lớn axit trong dung dịch nước; một pha loãng có ít lượng axit. Ví dụ: nếu bạn có axit axetic 12M (nồng độ 12 mol trên lít), bạn có dung dịch mạnh, nhưng axit vẫn yếu. Dung dịch axit clohydric 0,0005 M (nồng độ 0,0005 mol trên lít) là dung dịch loãng, nhưng axit vẫn mạnh.

Sự khác biệt giữa mạnh mẽ và ăn mòn

Có thể uống axit axetic loãng (thực chất là giấm), nhưng uống axit sunfuric nồng độ tương tự sẽ gây bỏng hóa chất rất lớn. Thuật ngữ ăn mòn (trong trường hợp này là axit sunfuric) dùng để chỉ thiệt hại mà axit tạo ra đối với vật liệu mà nó tiếp xúc, trong khi mạnh hay yếu là đặc tính của axit. Mặc dù axit thường ăn mòn, nhưng một số carboranes là axit rất mạnh, mạnh hơn nhiều so với axit sunfuric, nhưng có thể cầm trên tay mà không gây hại cho da, trong khi axit flohydric, dù là axit yếu, sẽ phá hủy mô. .

nguồn

• Housecroft,  Hóa học vô cơ CE . (tái bản lần thứ hai) Prentice Hall. Sharpe, AG (2004). ISBN 978-0-13-039913-7.
• Porterfield, William W. Hóa học vô cơ. (1984). Addison-Wesley. ISBN 0-201-05660-7.
• Trummal, A., Lipping, L., et al. Độ axit của axit mạnh trong nước và dimethyl sulfoxide . J. Phys.Chem.A. 120(20) (2016) 3663–3669. doi:10.1021/acs.jpca.6b02253