Điện ly

Điện li hay ion hóa là quá trình một nguyên tử hay phân tử tích một điện tích âm hay dương bằng cách nhận thêm hay mất đi electron để tạo thành các ion, thường đi kèm các thay đổi hóa học khác. Ion dương được tạo thành khi chúng hấp thụ đủ năng lượng (năng lượng này phải lớn hơn hoặc bằng thế năng tương tác của electron trong nguyên tử) để giải phóng electron, những electron được giải phóng này được gọi là những electron tự do. Năng lượng cần thiết để xảy ra quá trình này gọi là năng lượng ion hóa. Ion âm được tạo thành khi một electron tự do nào đó đập vào một nguyên tử mang điện trung hòa ngay lập tức bị giữ lại và thiết lập hàng rào thế năng với nguyên tử này, vì nó không còn đủ năng lượng để thoát khỏi nguyên tử này nữa nên hình thành ion âm.

Trường hợp điện ly đơn giản là chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hoá trị phân cực bị tách thành các ion riêng rẽ trong môi trường nước, ví dụ như NaCl.

Nguyên nhân

Phân tử nước bị phân cực thành hai đầu âm và dương do nguyên tử oxi có độ âm điện lớn hơn nguyên tử hidro, cặp electron dùng chung bị lệch về phía oxi. Vì thế khi một chất có liên kết ion hay liên kết cộng hóa trị phân cực hòa tan vào nước thì phân tử các chất này sẽ bị bao bọc và tương tác với phân tử nước, tách các chất này ra thành các ion, ion dương tách ra bởi nguyên tử oxi (mang điện âm) còn ion âm được tách ra bởi nguyên tử hidro (mang điện dương) của nước. Quá trình này có giải phóng năng lượng do mạng tinh thể (hoặc liên kết giữa các nguyên tử) bị phá vỡ.

Độ điện li

Độ điện ly α (alpha) là tỉ số giữa số phân tử phân li thành ion (n) và tổng số phân tử đã hòa tan vào dung dịch (n₀) tính theo công thức $\alpha ={\frac {n}{n_{0}}}$=C/Co với C là nồng độ chất tan sau và Co là nồng độ ban đầu

Độ điện li của các chất điện li khác nhau nằm trong khoảng 0 < α ≤ 1. Khi một chất có α = 0, quá trình điện li không xảy ra, đó là chất không điện li. Độ điện li thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm .

Độ mạnh yếu

Sự điện ly mạnh hay yếu phụ thuộc vào độ điện li.

Các chất điện li mạnh

Là chất mà khi tan trong nước, các phân tử hòa tan đều phân li hoàn toàn ra ion. Các chất điện li mạnh có α = 1

• Dung dịch bazơ tan: KOH, NaOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂,,...
• Dung dịch các axit mạnh: HNO₃, HCl, HI,...
• Một số muối: NaCl, NaNO₃, KBr,...

Tính tan của muối

Muối của axit mạnh (HCl, H₂SO₄, HNO₃…):

• Muối clorua tan hết trừ AgCl ↓, PbCl ít tan.

• Muối sunfat tan hết trừ BaSO₄↓, PbSO₄↓, CaSO₄ và Ag₂SO₄ ít tan.

• Muối nitrat tan hết.

Muối của axit yếu (H₃PO₄, H₂CO₃, H_2­SO₃…):

Muối của kim loại Na, K và muối axetat tan hết. Còn lại hầu hết tan.

Muối axit (chứa H linh động trong phân tử): hầu hết đều không tan.

Ta coi các chất điện ly mạnh có độ điện ly α = 1. Nghĩa là các dung dịch chứa chất điện ly mạnh điện ly hoàn toàn.

Phương trình điện li:

• Axit → Cation H⁺ + Anion gốc axit

• Bazơ tan → Cation kim loại + Anion OH^-

• Muối tan → Cation kim loại/NH₄⁺ + Anion gốc axit

Ví dụ:

• HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

• Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

• Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄^2-

• H₂SO₄ -→ 2H⁺ + SO₄^2-

Các chất điện li yếu

Là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử hòa tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch. Gồm: Axit yếu, bazơ yếu, một số muối do điện li phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, dung môi, bản chất của chất điện li. Độ điện li của chất điện li yếu nằm trong khoảng 0 < α < 1

Vd:

• Axit yếu: H₂S, H₂SO₃, H₃PO₄, CH₃COOH...

• Bazơ không tan trong nước: Cu(OH)₂, Fe(OH)₃...

• Muối: CuCl, HgCl₂, AgCl...

Sự điện li do nhiệt độ

Thông thường, các chất ion liên kết với nhau bằng lực hút tĩnh điện. Khi các chất này nhận được một nhiệt lượng đủ lớn, động năng của các ion sẽ tăng chóng mặt và đủ mạnh để phá vỡ liên kết tĩnh điện, sau đó phân li ra môi trường. Chất ion nóng chảy hay bay hơi chính là các ion tự do di chuyển xung quanh nhau.