Lịch sử phát triển thuyết axit– bazơ Đến giữa thế kỉ XVIII, người ta đã cố gắng hệ thống hoá khái niệm axit – bazơ và dựa vào thành phần phân tử để định nghĩa axit - bazơ. Lịch sử phát triển của thuyết axit – bazơ đã trải qua những thuyết nào, góp phần vào sự phát triển của hóa học ra sao. Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu về “Lịch sử phát triển thuyết axit – bazơ” - Thuyết oxi về axit của Lavoadiê (A. Lavoisier 1743 - 1794). Thuyết đầu tiên có ít nhiều cơ sở khoa học là thuyết oxi về axit của nhà hoá học Pháp Lavoadiê trong các công trình về sự cháy vào cuối thế kỉ XVIII. Trước một số lớn các chất tạo thành do sự cháy trong oxi và chúng có tính axit trong dung dịch, Lavoadiê cho rằng oxi là nguyên tố mang tính chất axit. Theo ông thì : Axit = oxi + gốc axit. Dần dần, người ta thấy nhiều dữ kiện thực nghiệm không phù hợp với lí thuyết của ông. Tại sao hiđro cháy trong oxi không tạo ra axit mà lại tạo ra nước ? Tại sao khi đốt kim loại trong oxi lại tạo ra bazơ ? - Thuyết hiđro về axit Tuy nhiên, tất cả các axit đã biết thời đó đều chứa nguyên tố hiđro và người ta lại trở về với ý nghĩ cho rằng có một nguyên tố đặc biệt mang tính axit và nguyên tố đó là hiđro. Dựa trên những dữ kiện của hoá học hữu cơ, nhà hoá học Đức Libic (Von Liebig) (1803 – 1900) cho rằng : không phải bất kì nguyên tử hiđro nào trong phân tử cũng đều mang tính axit mà chỉ những nguyên tử hiđro có thể thay thế bằng kim loại mới mang tính axit. – Thuyết axit - bazơ của Arêniuyts (còn gọi là thuyết axit - bazơ cổ điển) (S. Arrhénius 1859 – 1927), nhà vật lí học Thuỵ Điển, giải thưởng Nobel 1903). Nhờ thuyết Arêniuyts, nhiều tính chất axit – bazơ trở nên đơn giản, rõ ràng và lần đầu tiên đã tìm được những quan hệ định lượng như xác định được lực axit – bazơ vừa nêu trên, biết được vì sao nhiệt trung hoà axit mạnh bằng bazơ mạnh gần như một hằng số (vì phản ứng trung hoà thực chất là phản ứng kết hợp của ion H + và OH - ). Các vấn đề khác như sự thuỷ phân của muối, dung dịch đệm, sự điện li của nước, lí thuyết về pH của các dung dịch v.v… cũng được giải quyết một cách thoả đáng. - Thuyết axit-bazơ của Bronsted và Lowry: Người đầu tiên đưa ra các định nghĩa về axit và bazơ gần gũi với quan điểm hiện đại là Svate Arrhénius (1859 – 1927). Dựa trên các khảo sát thực nghiệm về chất điện li, ông cho rằng: - Axit là chất có khả năng phân li cho H + khi hòa tan vào nước. - Bazơ là chất có khả năng phân li cho OH- khi hòa tan vào nước. Vào thời ñiểm đó, đây là một bước tiến quan trọng trong việc định lượng axit – bazơ. Nhưng thuyết này bị giới hạn ở chỗ chỉ giải thích được tính axit-bazơ của các hidro axit và các hidroxit; không nói lên được vai trò của dung môi. Một định nghĩa tổng quát hơn được đề nghị bởi nhà hóa học Ðan Mạch: Jonhannes K.Bronsted và nhà hóa học người Anh: Thomas Lowry. Theo thuyết này: - Axit là chất có khả năng cho proton H + - Bazơ là chất có khả năng nhận proton H + Thuyết axit – bazơ của Bronsted và Lowry đã bao hàm thuyết axit-bazơ của Arrhenius, và mở rộng ra cho các dung môi khác nước cũng như cho các phản ứng xảy ra ở trạng thái khí. Ví dụ 1.1: NH 3 + HCl → NH 4 Cl Trong phản ứng này NH 3 là chất nhận H + , HCl là chất cho H + và do đó NH 3 là bazơ, HCl là axit. axít + bazơ ↔ bazơ liên hợp + axít liên hợp. Bazơ liên hợp là phân tử hoặc ion còn lại sau khi axit đã nhường đi một proton, và axit liên hợp là chất được tạo khi bazơ đã nhận proton. Phản ứng có thể xảy ra theo chiều thuận hoặc nghịch; trong từng trường hợp axit nhường một proton cho bazơ. Nước là một chất lưỡng tính có thể phản ứng như một axit hoặc bazơ. Trong phản ứng giữa axit axetic, CH 3 CO 2 H, và nước, H 2 O, nước phản ứng như là một bazơ. CH 3 CO 2 H + H 2 O ↔ CH 3 CO 2 - + H 3 O + Ion axetat , CH 3 CO 2 - , là bazơ liên hợp của axit axetic và ion H 3 O + là axit liên hợp của bazơ và nước. Nước cũng có thể phản ứng như một axít, ví dụ như khi phản ứng với amoniac. Phương trình cho phản ứng này là: H 2 O + NH 3 ↔ OH - + NH 4 + Trong đó H 2 O nhường một proton cho NH 3 . Ion hiđrôxit là bazơ liên hợp của nước có tính chất như một axít Một axit mạnh, như axit clohiđric, phân ly hoàn toàn. Một axit, như axit axetic, có thể chỉ phân ly một phần; hằng số phân ly axit, pK a , là giá trị để đo độ mạnh của axit. Một số lượng lớn các hợp chất có thể phân loại theo thuyết Brønsted–Lowry : các axit vô cơ và các dẫn xuất như các sulfonat, phosphonat, v.v., các axit cacboxylic, amin, axit carbon, 1,3-diketone như acetylacetone, ethyl acetoacetate hoặc axit Meldrum và rất nhiều các chất khác nữa. - Thuyết axit-bazơ của Lewis: Một thuyết tổng quát hơn nữa về axit – bazơ được G.N.Lewis đưa ra. Theo thuyết Lewis: - Axit là chất có khả năng nhận thêm một hay nhiều cặp electron của chất khác để hình thành liên kết cộng hóa trị mới. - Bazơ là chất có khả năng nhường một hay nhiều cặp electron chưa liên kết cho chất khác để tạo thành liên kết cộng hóa trị mới. Do đó, một axit Lewis phải có ít nhất một obitan hóa trị trống để nhận cặp electron, còn một bazơ Lewis phải có ít nhất một ñôi electron chưa liên kết . Từ đây ta thấy định nghĩa axit – bazơ của Lewis bao hàm định nghĩa của Bronsted và Lowry. Ví dụ 1.2: H + + NH 3 → [H 3 N :→H] + Trong phản ứng này NH3 là một bazơ vì là chất cho đôi electron, H + là axit vì là chất nhận một đôi elcetron. Giá trị của thuyết Lewis về axit-bazơ là ở chỗ giải thích được các phản ứng axit – bazơ theo quan điểm của Bronsted và Lowry, hơn thế nữa còn giải thích được một số phản ứng axit – bazơ mà thuyết Bronsted và Lowry không giải thích được. Ví dụ 1.3: Phản ứng giữa Trifluorua bor và amoniac: BF 3 + NH 3 → F 3 B-NH 3 BF 3 là phân tử thiếu electron, xung quanh nguyên tử Bo chỉ mới có 6 electron, khi phản ứng với NH 3 , nguyên tử Bo sẽ đạt được cơ cấu 8 electron. BF 3 là một chất có ái lực mạnh với các chất cho electron và do ñó là một axit Lewis mạnh. Thuyết axit-bazơ của Lewis cũng giải thích thành công quá trình hydrat hóa của ion kim loại. Ví dụ 1.4: Al 3+ + 6H 2 O → Al(H 2 O) 6 3+ Al 3+ là chất nhận electron từ nguyên tử oxi của nước là axit và nước là bazơ. Rộng ra hơn nữa phản ứng giữa một oxit axit và nước, theo thuyết Lewis cũng là một phản ứng axit – bazơ, trong đó oxit axit là chất nhận một đôi electron nên là axit, nước là chất cho một đôi electron nên là bazơ. Võ Ngọc Bình . Lịch sử phát triển thuyết axit– bazơ Đến giữa thế kỉ XVIII, người ta đã cố gắng hệ thống hoá khái niệm axit – bazơ và dựa vào thành phần phân tử để định nghĩa axit - bazơ. Lịch sử phát triển. của thuyết axit – bazơ đã trải qua những thuyết nào, góp phần vào sự phát triển của hóa học ra sao. Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu về Lịch sử phát triển thuyết axit – bazơ - Thuyết. Lowry. Theo thuyết này: - Axit là chất có khả năng cho proton H + - Bazơ là chất có khả năng nhận proton H + Thuyết axit – bazơ của Bronsted và Lowry đã bao hàm thuyết axit -bazơ của Arrhenius,