Axit là một họ hợp chất có khả năng cho proton (H⁺) hoặc nhận một cặp electron (tức nhận cặp electron từ chất khác để hình thành liên kết phối).
Trong đời sống và hóa học kỹ thuật, axit tồn tại ở nhiều dạng: dung dịch phân tử phân ly mạnh trong nước (ví dụ HCl, HNO₃), các hợp chất có oxi trong phân tử (H₂SO₄, H₃PO₄), hợp chất không có oxi (HF, HCl, HBr, HI), các axit hữu cơ có nhóm –COOH như axit axetic, axit oxalic, hay các “siêu axit” (axit mạnh hơn cả H₂SO₄ đậm đặc, như HF-SbF₅).
Tính chất của từng axit phụ thuộc vào cấu tạo nguyên tử/phân tử, độ bền liên kết X–H (X là phi kim hoặc nhóm nguyên tử gắn với H), phân bố điện tích trong phân tử, sự cộng hưởng hoặc hiệu ứng cảm ứng trong hợp chất hữu cơ, cũng như môi trường (dung dịch nước, dung môi hữu cơ hay trạng thái khí).
Đồng thời, như chúng ta đã biết, axit khi phân loại theo độ mạnh có những axit mạnh tan hoàn toàn trong nước như HCl, H₂SO₄, HNO₃, và cũng có những axit yếu chỉ phân ly một phần như H₂CO₃, H₃PO₄, CH₃COOH. Ngoài ra, có các axit rất yếu chỉ thể hiện tính axit trong dung môi đặc biệt hoặc ở nhiệt độ cao như H₂S hay phenol.
Vậy trong bài này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về tính chất của axit nhé!
Định nghĩa Axit là gì ?
Axit là một hợp chất hóa học có cấu tạo từ gốc axit liên kết với một hoặc nhiều nguyên tử hiđro.
Hay theo định nghĩa Brønsted: Axit (axít) là chất nhường proton (H⁺), hoặc là chất nhận cặp electron.
- Trong dung dịch nước, axit biểu hiện bằng cách làm tăng nồng độ ion H⁺ (thực tế thường là H₃O⁺ do proton liên kết với phân tử nước).
- Mỗi axit luôn có bazo liên hợp (sản phẩm khi đã nhường proton) và sự mạnh/yếu của axit liên quan trực tiếp đến độ bền của bazô liên hợp đó.
Các gốc axit vô cơ thường gặp là: Cl–, SO42-, NO3–, PO43- . . .
Số lượng nguyên tử hiđrô khác nhau ở mỗi loại axit và phụ thuộc vào hóa trị của các gốc axit là bao nhiêu.
Phân loại axit có nhiều cách, các bạn có thể xem thêm bài các loại hợp chất vô cơ để có thêm thông tin hữu ích.
Một số loại axit thường gặp:
- Axit vô cơ: HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4 . . .
- Axit hữu có: Axit formic, Axit axetic, Axit stearic, Axit lactic . . .
Cấu tạo phân tử của Axit
Về mặt đơn giản, axit có một hoặc nhiều nguyên tử hiđro liên kết với nguyên tử mang điện tích âm hoặc ít điện tử hơn (ví dụ H–Cl, O–H trong axit cacboxylic).
Cấu trúc Lewis mô tả cặp electron liên kết và cặp không liên kết.
Ví dụ:
- HCl: nguyên tử H liên kết đơn với Cl; Cl có ba cặp electron không liên kết. Khi HCl ở trong nước, liên kết phân cực mạnh làm cho H⁺ dễ tách ra.
- H₂SO₄: lưu huỳnh liên kết với oxy; có hai nhóm OH và hai oxy liên kết đôi/cộng hưởng, làm cho proton ở nhóm OH tương đối dễ tách do phân bố điện tích trên toàn bộ anion sunfat.
- Axit cacboxylic R–COOH: nhóm cacbonyl C=O và nhóm OH liên kết cộng hưởng khiến anion carboxylat có điện tích phân bố lên hai nguyên tử O, từ đó ổn định bazô liên hợp.
Mức năng lượng orbital: khả năng nhường proton liên quan đến mức năng lượng của orbital chứa cặp electron liên kết H–X và mức ổn định/khả năng phân tán điện tích của bazô liên hợp. Bazô liên hợp càng được ổn định (bằng cộng hưởng, phân tán điện tích, thủy hóa tốt) thì axit càng mạnh.
Danh pháp
Axit vô cơ (đặt tên theo gốc và trạng thái oxi hóa):
- HCl: axit clohidric (còn gọi axit muriatic)
- HNO₃: axit nitric
- H₂SO₄: axit sunfuric
- H₂SO₃: axit sunfurơ
Axit hữu cơ:
- CH₃COOH: axit axetic (axit acetic)
- C₆H₅OH: phenol (chỉ là hợp chất có tính axit yếu, không gọi là axit cacboxylic)
- R–COOH: axit cacboxylic tổng quát
Quy tắc IUPAC: tên axit cacboxylic thường là “axit + tên gốc cacbon tương ứng” (ví dụ axit etanoic, axit benzoic).
Phân loại Axit
Acid được phân thành hai loại lớn có cấu tạo phân tử rất khác nhau: acid hữu cơ và acid vô cơ.
Axit vô cơ
Axit vô cơ là các axit không chứa liên kết carbon-hydro (ngoại trừ H₂CO₃) đặc trưng của hợp chất hữu cơ (H-C), thường có nguồn gốc từ khoáng chất.
Trong Axit vô cơ ta còn có thể phân loại làm 2 nhóm gồm: Axit có oxy và axit không có oxy.
Axit có oxy:
- Ví dụ: HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, H₃PO₄.
- Tiếng phân loại: có axit mạnh (ví dụ HClO₄, H₂SO₄, HNO₃) và những axit dễ phân hủy hay không bền (ví dụ H₂CO₃, H₂SO₃, HNO₂).
- Nguyên tắc chung: khi số nguyên tử oxy liên quan đến nguyên tố trung tâm tăng, hoặc nguyên tố trung tâm có trạng thái oxi hóa cao hơn, axit thường mạnh hơn do anion được ổn định bằng hiệu ứng hút electron và cộng hưởng.
Axit không có oxy (hydrohalic và tương tự)
- Ví dụ: HCl, HBr, HI.
- Xu hướng độ mạnh: tăng xuống nhóm theo chiều giảm năng lượng liên kết H–X; H–I yếu hơn H–Cl, nên HI là axit mạnh hơn HCl trong dung dịch nước.
Axit hữu cơ
Axit hữu cơ là các axit chứa nhóm cacboxyl (-COOH) trong cấu trúc phân tử, thường xuất hiện trong sinh vật sống.
- Axit cacboxylic (R–COOH): axit cacboxylic là nhóm axit hữu cơ điển hình, có thể cộng hưởng ổn định anion.
- Axit phenolic: phenol yếu hơn axit cacboxylic do tính phân phối điện tích khác.
- Axit sulfonic (R–SO₃H): rất mạnh trong các axit hữu cơ vì anion R–SO₃⁻ rất được phân tán điện tích.
- Các axit khác: axit amin (zwitterion), axit hữu cơ tách proton liên quan đến nhóm -OH trên hệ aromat hoặc -NH.
Tính chất vật lý của axit
Hầu hết axit đều tồn tại ở trạng thái lỏng, một vài ở trạng thái rắn và hầu như chúng ta hiếm gặp ở trạng thái khí. Khi axit tan trong nước sẽ tạo thành dung dịch điện li và có khả năng dẫn điện.
Axit có pH luôn nhỏ hơn 7 và pH càng nhỏ thì tính chất hóa học của axit càng mạnh. Axit có tính ăn mòn, khi tiếp xúc trực tiếp với da sẽ làm đau rát khó chịu.
Bảng tổng hợp tính chất vật lý của axit
| Tính chất | Mô tả chung | Lưu ý |
| Trạng thái | Hầu hết là chất lỏng hoặc chất rắn ở điều kiện thường. Dễ bay hơi | Một số axit (như HCl, H₂SO₄) thường ở dạng dung dịch nước. Axit hữu cơ thường có thể ở dạng rắn. |
| Màu sắc | Thường không có màu, hoặc có màu vàng nhạt. | Một số axit đậm đặc hoặc bị phân hủy có thể có màu khác, ví dụ như axit nitric đặc. |
| Mùi | Một số axit có mùi khó chịu, hăng, ví dụ như axit axetic (giấm) hoặc axit sulfuric đậm đặc. | Mùi có thể là dấu hiệu của sự bay hơi hoặc phản ứng của axit. |
| Độ tan trong nước | Hầu hết các axit vô cơ và axit cacboxylic mạch ngắn tan tốt trong nước. | Độ tan giảm dần với các axit cacboxylic có mạch cacbon dài hơn. |
| Độ dẫn điện | Dung dịch axit trong nước dẫn điện tốt do sự hiện diện của các ion H⁺ và anion tương ứng. | Độ dẫn điện phụ thuộc vào độ điện li của axit và nồng độ. |
| Điểm sôi/nóng chảy | Có xu hướng có điểm sôi và điểm nóng chảy cao hơn so với các hợp chất hữu cơ cùng khối lượng phân tử. | Điểm sôi và nóng chảy thay đổi lớn tùy thuộc vào loại axit và lực tương tác giữa các phân tử. |
Ví dụ cụ thể
Axit clohidric (HCl): Thường ở dạng dung dịch nước không màu, có mùi hăng, dẫn điện tốt.
Axit sunfuric (H₂SO₄): Là chất lỏng sánh, không màu, không mùi, có tính hút ẩm mạnh, có thể gây bỏng nặng.
Axit axetic (CH₃COOH): Axit trong giấm, là chất lỏng không màu, mùi đặc trưng, tan tốt trong nước và nhiều dung môi hữu cơ.
Danh sách axit vô cơ thường gặp
| Gốc axit | Công thức hóa học | Tên axit | M (g/mol) |
| Cl⁻ | HCl | Axit clohiđric | 36 |
| Br⁻ | HBr | Axit hiđrobromic | 81 |
| I⁻ | HI | Axit hiđroiodic | 128 |
| F⁻ | HF | Axit hiđrofluoric | 20 |
| NO₃⁻ | HNO₃ | Axit nitric | 63 |
| NO₂⁻ | HNO₂ | Axit nitrous (axit nitơ) | 47 |
| SO₄²⁻ | H₂SO₄ | Axit sunfuric | 98 |
| SO₃²⁻ | H₂SO₃ | Axit sunfurơ | 82 |
| S²⁻ | H₂S | Axit sunfuhidric | 34 |
| CO₃²⁻ | H₂CO₃ | Axit cacbonic | 62 |
| SiO₃²⁻ | H₂SiO₃ | Axit silicic | 78 |
| PO₄³⁻ | H₃PO₄ | Axit photphoric | 98 |
| HPO₄²⁻ | H₃PO₃ | Axit photphorơ | 82 |
| ClO₄⁻ | HClO₄ | Axit pecloric | 100 |
| ClO₃⁻ | HClO₃ | Axit cloric | 84 |
| ClO₂⁻ | HClO₂ | Axit cloơ | 68 |
| ClO⁻ | HClO | Axit hipoclorơ | 52 |
| MnO₄⁻ | HMnO₄ | Axit pemanganic | 120 |
| Cr₂O₇²⁻ | H₂Cr₂O₇ | Axit đicromic | 218 |
| CrO₄²⁻ | H₂CrO₄ | Axit cromic | 118 |
Danh sách axit hữu cơ thường gặp
Axit đơn chức mạch thẳng no
| Gốc axit | Công thức | Tên axit | M (g/mol) |
| HCOO⁻ | HCOOH | Axit fomic (metanoic) | 46 |
| CH₃COO⁻ | CH₃COOH | Axit axetic (etanoic) | 60 |
| C₂H₅COO⁻ | C₂H₅COOH | Axit propionic (propanoic) | 74 |
| C₃H₇COO⁻ | C₃H₇COOH | Axit butyric (butanoic) | 88 |
| C₄H₉COO⁻ | C₄H₉COOH | Axit valeric (pentanoic) | 102 |
| C₁₁H₂₃COO⁻ | C₁₁H₂₃COOH | Axit lauric (dodecanoic) | 200 |
| C₁₅H₃₁COO⁻ | C₁₅H₃₁COOH | Axit palmitic (hexadecanoic) | 256 |
| C₁₇H₃₅COO⁻ | C₁₇H₃₅COOH | Axit stearic (octadecanoic) | 284 |
Axit đơn chức mạch thẳng không no
| Gốc axit | Công thức | Tên axit | M (g/mol) |
| CH₂=CH–COO⁻ | CH₂=CH–COOH | Axit acrylic (propenoic) | 72 |
| CH≡C–COO⁻ | CH≡C–COOH | Axit propiolic (propynoic) | 68 |
| CH₃–CH=CH–COO⁻ | CH₃–CH=CH–COOH | Axit crotonic (trans-2-butenoic) | 86 |
| HOOC–CH=CH–COO⁻ | HOOC–CH=CH–COOH | Axit maleic / fumaric (cis/trans-butenedioic) | 116 |
| CH₂=CH–CH₂–COO⁻ | CH₂=CH–CH₂–COOH | Axit vinylacetic (but-3-enoic) | 86 |
| C₁₇H₃₃COO⁻ | C₁₇H₃₃COOH | Axit oleic (axit béo không no) | 282 |
| C₁₇H₃₁COO⁻ | C₁₇H₃₁COOH | Axit linoleic (cis,cis-9,12-octadecadienoic) | 280 |
| C₁₇H₂₉COO⁻ | C₁₇H₂₉COOH | Axit linolenic (cis,cis,cis-9,12,15-octadecatrienoic) | 278 |
Axit no nhiều chức
| Gốc axit | Công thức | Tên axit | M (g/mol) |
| HOOC–COO⁻ | (COOH)₂ | Axit oxalic (etandioic) | 90 |
| HOOC–CH₂–COO⁻ | HOOC–CH₂–COOH | Axit malonic (propanedioic) | 104 |
| HOOC–(CH₂)₂–COO⁻ | HOOC–(CH₂)₂–COOH | Axit succinic (butanedioic) | 118 |
| HOOC–(CH₂)₃–COO⁻ | HOOC–(CH₂)₃–COOH | Axit glutaric (pentanedioic) | 132 |
| HOOC–(CH₂)₄–COO⁻ | HOOC–(CH₂)₄–COOH | Axit adipic (hexanedioic) | 146 |
| HOOC–(CH₂)₅–COO⁻ | HOOC–(CH₂)₅–COOH | Axit pimelic (heptanedioic) | 160 |
| HOOC–C(CH₂COOH)₂ | HOOC–C(CH₂COOH)₂ | Axit xitric (citric, 3 chức) | 192 |
| HOOC–CH₂–CHOH–COOH | HOOC–CH₂–CHOH–COOH | Axit malic (2-hydroxybutanedioic) | 134 |
| HOOC–CHOH–CHOH–COOH | HOOC–CHOH–CHOH–COOH | Axit tartaric (2,3-dihydroxybutanedioic) | 150 |
Axit thơm
| Gốc axit | Công thức | Tên axit | M (g/mol) |
| C₆H₅–COO⁻ | C₆H₅COOH | Axit benzoic | 122 |
| C₆H₅–CH₂–COO⁻ | C₆H₅CH₂COOH | Axit phenylacetic | 136 |
| o-HO–C₆H₄–COO⁻ | o-HO–C₆H₄–COOH | Axit salicylic (2-hydroxybenzoic) | 138 |
| HOOC–C₆H₄–COOH | HOOC–C₆H₄–COOH | Axit phtalic (benzene-1,2-dicarboxylic) | 166 |
| p-HOOC–C₆H₄–COOH | HOOC–C₆H₄–COOH (para) | Axit terephtalic (benzene-1,4-dicarboxylic) | 166 |
Amino axit
| Công thức | Tên axit | M (g/mol) |
| H₂N–CH₂–COOH | Glyxin (axit aminoaxetic) | 75 |
| H₂N–CH(CH₃)–COOH | Alanin | 89 |
| H₂N–CH₂–CH₂–COOH | Axit β-alanin | 89 |
Tính chất hóa học của axit
Axit làm đổi màu chất chỉ thị
Trên thực tế, chúng ta thường gặp chất chỉ thị để nhận biết ra dung dịch đó có tính axit hay không là quỳ tím. Khi dung dịch có tính axit nó sẽ làm cho quỳ tìm chuyển từ màu tím thành màu đỏ. Khi màu đỏ càng đậm thì tính axit càng mạnh và ngược lại nếu quỳ tìm chỉ chuyển màu đỏ nhạt thì tính axit sẽ yếu.
Một vài ví dụ học sinh cần lưu ý đó chính là dung dịch axit cacbonic có công thức hóa học là H2CO3 đây là một axit yếu, dễ bay hơi và bị axit mạnh hơn đẩy ra khỏi muối. Khi sử dụng quỳ tìm thì dung dịch axit cacbonic chỉ làm quỳ tìm chuyển thành màu hồng.
Một số loại axit mạnh sẽ làm quỳ tìm chuyển thành màu đỏ như HCl, H2SO4, HNO3 . . .
Đây là một trong những tính chất hóa học của axit cơ bản nhất nên học sinh cần ghi nhớ để phân biệt, nhận biết và giải các dạng bài tập nhận biết hay thuốc thử nhé các em.
Axit tác dụng với kim loại
Trong những phương trình phản ứng liên quan tới axit chúng ta đều rút ra được nhận xét là kim loại sẽ đẩy hidro ra khói gốc muối và sẽ tạo thành một muối khác nên khi chúng ta cho kim loại tác dụng với axit sẽ thu được dung dịch muối và khí hidro.
Bảng dãy hoạt động của kim loại có chiều xếp từ trái qua phải, chất ion ở bên trên cùng chỉ số ion hóa và đơn chất ở bên dưới.
Quan sát dãy hoạt động hóa học trên của kim loại chúng ta có nhận xét như sau:
- Kim loại tan mạnh trong nước: K, Ba, Ca, Na
- Kim loại trung bình, không tan trong nước: Mg, Al, Fe, Sn, Pb, Cu . . .
- Kim loại đứng trước hidro trong dãy hoạt động hóa học có thể đẩy hidro ra khỏi axit.
- Kim loại không tan trong nước(tính từ Mg về sau) thì kim loại đứng trước đẩy kim loại đứng sau ra khỏi muối.
Phản ứng trung hòa
Axit tác dụng với bazơ
Axit tác dụng với Bazơ tạo thành muối và nước.
Hầu hết bazơ đều bị axit hòa tan tạo thành dung dịch với một số dung dịch có màu sắc đặc trưng như dung dịch muối đồng có màu xanh lam . . .. Ngoài cách gọi này ra, ngoài ta còn gọi đây là một phản ứng trung hòa.
Ví dụ:
Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Fe(OH)2 + H2SO4 → FeSO4 + H2O
Fe(OH)3 + HCl → FeCl3 + H2O
Axit tác dụng với oxit bazơ.
Một số oxit bazơ tác dụng với dung dịch axit tạo thành muối và nước.
Ví dụ:
Fe2O3 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O
Al2O3 + HCl → AlCl3 + H2O
Axit tác dụng với muối.
Axit tác dụng với muối là một trong nhiều phản ứng hóa học mà chúng ta sẽ thường xuyên gặp sau này. Để giải quyết được vấn đề này chúng ta cần nhớ được tính chất của muối và axit phản ứng được với muối khi nào.
Điều kiện để axit tác dụng với muối:
Muối tham gia là muối tan, axit mạnh, muối tạo thành không tan trong axit mới sinh ra. Chất tạo thành phải thỏa mãn 1 trong các yếu tố sau đây: Kết tủa – Bay hơi – Điện ly yếu
Ví dụ minh họa:
1. BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 + HCl
Ở đây muối sinh ra ta thấy là BaSO4 là muối không tan trong axit mới sinh ra là HCl nên thỏa mãn điều kiện trên.
2. Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O
Trong phản ứng trên chúng ta thấy được axit mới sinh ra là một axit không bền bị phân hủy thành CO2 và H2O nên cũng thỏa mãn điều kiện trên.
Tính chất hóa học đặc biệt
Phản ứng tự phân hủy
- Axit cacbonic (H₂CO₃): trong dung dịch không ổn định, có khuynh hướng mất nước tạo khí CO₂ và H₂O. Bản chất: hệ sản phẩm (CO₂ khí + H₂O) có năng lượng tự do thấp hơn -> quá trình thuận lợi về nhiệt động.
- Axit sunfurơ (H₂SO₃): dễ tách thành SO₂ và H₂O.
- Axit nitrit (HNO₂): có thể phân disproportionation (phân hóa đồng thời thành các sản phẩm oxi-hóa và khử) như cân bằng: ba phân tử HNO₂ phản ứng để tạo thành HNO₃, NO và H₂O. (Phản ứng này xảy ra vì nitơ ở trạng thái oxi hóa trung gian dễ chuyển đổi; sản phẩm ổn định như NO hay HNO₃ làm giảm năng lượng hệ).
Điểm chung: axit dễ phân hủy thường tạo ra sản phẩm khí hoặc dạng ổn định hơn về năng lượng khiến cân bằng dịch chuyển theo chiều phân hủy.
Phản ứng oxi hóa-khử có tính axit
- Axit nitric (HNO₃): vừa là axit vừa là chất oxy hóa mạnh; khi phản ứng với kim loại không sẵn cho proton, HNO₃ có thể oxy hóa kim loại, sinh ra các oxit nitơ (NO₂, NO, N₂O) cùng với muối nitrat. Bản chất là nitơ trong HNO₃ có thể giảm trạng thái oxi hóa, nhận electron từ kim loại.
- Axit sunfuric đặc, nóng: có tính oxy hóa và đặc tính hút nước mạnh; có thể oxy hóa carbon, tạo CO₂ và lưu huỳnh bị khử xuống SO₂ hoặc các dạng khác tùy điều kiện.
- Axit clohiđric (HCl): bản thân không phải là chất oxy hóa (thường là chất khử nếu có chất oxy hóa mạnh), tuy nhiên tương tác với chất oxy hóa mạnh có thể tạo Cl₂.
Một số phương trình đặc biệt
- Phân hủy axit cacbonic và axit sunfurơ: H₂CO₃/H₂SO₃ phân hủy thành CO₂/SO₂ khí và H₂O.
- Phân hóa của axit nitrit (ví dụ sự ưa xảy ra của phản ứng phân disproportionation): ba phân tử HNO₂ phản ứng để tạo thành HNO₃, hai phân tử NO và một phân tử H₂O.
- Axit clohidric trong nước: HCl hòa tan trong nước tạo ra ion H₃O⁺ và Cl⁻ (phân li mạnh).
- Ester hóa Fischer (tổng quát): axit cacboxylic cộng với rượu dưới xúc tác axit tạo ester và nước; phản ứng có thể thuận nghịch và yêu cầu điều chỉnh cân bằng để thu được sản phẩm.
Mình diễn đạt bằng lời để tránh ký hiệu mũi tên; về bản chất các quá trình đều là trao đổi proton, thay đổi liên kết và phân bố electron sao cho hệ đạt trạng thái năng lượng thấp hơn.
Axit mạnh và axit yếu
Thế nào là axit mạnh ?
Axit mạnh là axit có nguyên tử hiđro linh động. Nguyên tử hidro càng linh động thì axit đó càng mạnh.
Đối với các axit có oxi của một nguyên tố tạo nên thì axit nào càng nhiều oxi thì axit đó càng mạnh.
Ví dụ: HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4
Đối với axit của nguyên tố tạo nên axit đó trong cùng một chu kì thì tính phi kim của nguyên tố nào mạnh thì tính axit của nguyên tố đó tạo nên axit đó càng mạnh.
Ví dụ: H3PO4 < H2SO4 < HClO4
Như vậy, ở trên chúng ta đã điểm qua một vài đặc điểm để nhận biết axit mạnh, axit yếu. Thông tin trên còn chưa được đầy đủ về axit mạnh, axit yếu nên chúng tôi sẽ còn được bổ sung thêm tại các bài viết khác nữa.
Thế nào là axit yếu ?
Axit yếu là những hợp chất có hidro kém linh hoạt hơn hoặc cũng có thể nói khi hòa tan vào nước khả năng phân li ra ion H+ thấp hơn so với axit mạnh. Một số axit yếu trong chương trình hóa học cơ sở học sinh cần nhớ đó là H2S, H2CO3 . . .
Bản chất độ mạnh của axit – tại sao một axit mạnh hay yếu
Một axit mạnh khi việc nhường proton là thuận lợi về nhiệt động và hệ có anion liên hợp bền. Các yếu tố quyết định:
- Độ phân cực của liên kết H–X: nếu H gần nguyên tử có độ âm điện lớn hơn rất nhiều, phân cực H–X cao làm H mang điện dương lớn hơn, dễ rời đi như proton.
- Độ bền liên kết H–X: liên kết yếu hơn thì proton dễ tách; ví dụ H–I yếu nên HI là axit mạnh hơn HCl trong nước.
- Ổn định của bazô liên hợp: nếu bazô liên hợp được ổn định bằng cộng hưởng, phân tán điện tích, hoặc thủy hóa mạnh, thì axit mạnh hơn. Ví dụ: nitrate NO₃⁻ có cộng hưởng ba liên hợp nên HNO₃ là axit mạnh.
- Hiệu ứng hút/đẩy điện tử: nhóm hút electron lân cận làm tăng khả năng nhường proton (ổn định bazô liên hợp).
- Ảnh hưởng của dung môi (thủy hóa/solvation): trong nước, năng lượng thủy hóa của các ion quan trọng; bazô liên hợp được thủy hóa tốt thì axit thể hiện độ mạnh cao hơn.
- Đặc điểm nguyên tố trung tâm trong axit oxo: đối với axit oxo (H–O–Xn), khi nguyên tố trung tâm có trạng thái oxi hóa lớn hơn hoặc có nhiều oxy liên kết, anion bị phân tán điện tích tốt hơn nên axit mạnh hơn.
Điều chế và sản xuất công nghiệp
Axit sunfuric (H₂SO₄): sản xuất bằng quy trình tiếp xúc, gồm ôxi hóa SO₂ thành SO₃ trên xúc tác, sau đó hấp thụ SO₃ vào axit sunfuric để tạo oleum, pha loãng thành H₂SO₄. Đây là quy trình công nghiệp chính do hiệu suất cao.
Axit nitric (HNO₃): thường điều chế bằng quy trình Ostwald: ammonia oxid hóa thành NO, sau đó NO oxy hóa thành NO₂, hấp thụ trong nước tạo HNO₃; toàn bộ quá trình bao gồm bước oxi hóa xúc tác.
Axit clohiđric (HCl): có thể thu được bằng việc oxy hóa H₂ và Cl₂ hay là sản phẩm từ nhiều quá trình công nghiệp khác; HCl cũng thu được bằng cách hòa tan khí HCl vào nước.
Axit axetic công nghiệp: được sản xuất bằng quá trình cacbonyl hóa methanol (quy trình Monsanto/Cativa) hoặc oxy hóa acetaldehyde tùy công nghệ.
Axit cacbonic: thường không điều chế riêng ở dạng tinh khiết vì không bền; người ta dùng CO₂ hòa tan trong nước cho mục đích nhất định.
Mỗi quy trình công nghiệp lựa chọn dựa trên hiệu suất năng lượng, chi phí nguyên liệu và quản lý sản phẩm phụ.
Ứng dụng
Công nghiệp hóa chất: nguyên liệu trung gian cho muối, este, polymer, thuốc nhuộm, phân bón.
Axit sunfuric: sản xuất phân bón (superphosphate, amoni sunfat), xử lý dầu mỏ, tinh luyện kim loại, tổng hợp hữu cơ.
Axit nitric: sản xuất nitrat, phân bón, thuốc nổ, liệu pháp hóa học.
Axit clohiđric: khử oxit kim loại, xử lý da, sản xuất muối clorua, trong phòng thí nghiệm.
Axit hữu cơ: axit axetic cho dung môi, thực phẩm (giấm), axit benzoic là chất bảo quản, axit sulfonic là phụ gia công nghiệp.
Vai trò xúc tác: axit được dùng làm xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ (xúc tác proton) như ester hóa, alkyl hóa, phản ứng cộng.
Lưu ý an toàn
Nhiều axit, đặc biệt axit vô cơ đậm đặc (H₂SO₄, HNO₃, HCl) là ăn mòn mạnh, gây bỏng da, tổn thương mắt và hô hấp.
Không được rót nước vào axit đậm đặc khi pha loãng; phải cho axit từ từ vào nước để nhiệt tỏa ra được phân tán, tránh bắn văng do tỏa nhiệt mạnh.
Một số axit có tính oxy hóa mạnh (HNO₃ đậm đặc, H₂SO₄ đậm đặc) có thể gây phản ứng dữ dội với hợp chất hữu cơ, gây cháy hoặc nổ.
Axit flohydric (HF) đặc biệt nguy hiểm: có thể xuyên sâu vào mô, phá canxi trong cơ thể, gây tổn thương nghiêm trọng muộn. Cần thuốc giải chuyên biệt.
Sơ cứu khi tiếp xúc với axit
Da: rửa ngay bằng nước thật nhiều trong ít nhất 15–20 phút, tháo bỏ quần áo nhiễm bẩn. Không bôi chất trung hòa lên da tại chỗ thay vì rửa nước vì phản ứng trung hòa có thể tỏa nhiệt gây bỏng thêm. Với HF, sau khi rửa cần bôi gel canxi gluconat và tìm trợ giúp y tế khẩn cấp.
Mắt: rửa ngay với nước sạch nhiều phút (ít nhất 15–20 phút), giữ mi mắt mở, đưa nạn nhân đến cơ sở y tế ngay.
Hít phải: chuyển nạn nhân ra không khí trong lành, nếu khó thở cấp cứu oxy, gọi cấp cứu.
Nuốt phải: không gây nôn; nếu nạn nhân tỉnh táo cho uống một lượng nhỏ nước hoặc sữa để pha loãng (trong một số trường hợp bác sĩ mới khuyên), tìm cứu trợ y tế ngay; không cho chất khử độc tại chỗ trừ khi được hướng dẫn y tế. Với HF, xử trí y tế đặc biệt cần thiết.
Luôn tuân thủ quy định an toàn, dùng trang bị bảo hộ cá nhân (kính, găng tay chịu axit, áo choàng).
Tác giả: – Chemistry – TC, TC-Chemistry
Với đam mê truyền đạt và chia sẻ những kiến thức hóa học hữu ích với mọi người, TC Chemistry không chỉ giới hạn việc chia sẻ kiến thức hóa học từ cơ bản đến nâng cao, mà còn cung cấp câu hỏi, đề thi thử và phương trình phản ứng hóa học để giúp người đọc hiểu sâu về chủ đề và phát triển kỹ năng trong lĩnh vực này.