2. Tại sao một vài những hợp chất sunfua ít tan có thể tan trong dung dịch axit hay trong dung dịch amoni sunfua?
6.4.2. Các lý thuyết về axit và bazơ
Dựa trên những dấu hiệu nào có thể phân biệt axit và bazơ ?
Căn cứ trên kết quả điện phân, Devi vào năm 1815 trình bày giả thuyết rằng thành phần tất yếu của axit chính là nguyên tố hydro. Năm 1833 Libiy làm rõ thêm “lý thuyết hydro” của axit , ông chỉ ra rằng tính axit được quy định không phải bởi
nguyên tử hydro bất kỳ,mà chỉ bởi những nguyên tử có khả năng được thay thế bởi kim loại.
Sau sự xuất hiện của lý thuyết điện ly thì lý thuyết ion của axit và bazơ đã được xây dựng. Đến cuối thế thế kỷ XIX chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi quan điểm của Arrenius và Ostwald, nó đã hình thành quan niệm rằng ion hydro chính là hạt mang tính chất axit, còn bazơ – hydroxit – ion. Sự trung hòa axit bằng bazơ làm mất tương tác của các ion và tạo thành phân tử nước.
Tuy nhiên ngay sau đó lại xuất hiện một vấn đề về sự định nghĩa chính xác khái niệm “axit” và “bazơ” . Lý do của điều này là do những kết quả thực nghiệm mới.Như vậy đã xác định được rằng một số muối nào đó trong dung dịch nước sẽ tương tự như axit và bazơ.Một vài lý thuyết mới đã xuất hiện.Năm 1907 Verner đã đề xuất lý thuyết axit và bazơ của mình,trong đó sự tham gia của nước được tính trong tương tác axit – bazơ.Năm 1923 thêm hai lý thuyết về axit và bazơ được đề xuất : thuyết proton và thuyết electron .
Theo thuyết proton – thuyết được phát triển bởi nhà hóa học người Anh Thomas Martin Lowry (1874-1936) và nhà vật lý,hóa học người Đan Mạch Johannes Nicolaus Bronsted (1879-1947), axit chính là chất cho proton còn bazơ là chất nhận proton.
Định nghĩa này về axit và bazơ rộng hơn so với định nghĩa của Arrenius,đó là đưa ra định nghĩa này dưới góc nhìn điện ly, như vậy có thể áp dụng cho các phản ứng trong dung môi proton bất kỳ.Nếu trong lý thuyết điện ly phản ứng trung hòa giữa axit và bazơ chỉ có thể thấy được khi xảy ra trong môi trường nước, còn theo thuyết proton thì phản ứng này có thể xảy ra trong môi trường không phải là nước,ví dụ như trong dung dịch ammoniac . Phản ứng axit – bazơ xảy ra giữa axit và bazơ theo chiều tạo thành axit và bazơ yếu hơn.Như vậy,điều cơ bản của nó chính là sự thừa nhận sự cạnh tranh liên kết của proton giữa hai axit va bazơ . Vì vậy cùng một hợp chất trong một số điều kiện có thể đóng vai trò là axit, trong điều kiện khác lại đóng vai trò là bazơ.
Thuyết electron của axit và bazơ được lập lên bởi nhà vật lý,hóa học người Mỹ Gilbert Newton Lewis (1875-1946).Thuyết này tính đến khả năng hình thành liên kết hóa trị cho – nhận dưới sự tương tác axit và bazơ . Lewis cho rằng bazơ là chất cho cặp electron tự do,còn axit chính là chất có thể liên kết với với cặp electron tự do đó.Theo đó một bazơ bất kì có thể tham gia vào tương tác với một axit bất kì.Cùng một hợp chất nhưng do sự phụ thuộc vào chất tương tác nên nó có thể tham gia như là một bazơ hay như một axit .
Các khái niệm axit và bazơ trong lý thuyết của Lewis và Brenste Lowry là hoàn toàn trùng nhau,tuy nhiên thuyết electron bao trùm hơn và các chất trong các phản ứng không có sự tham gia của ion hydro.Thuyết proton của Brenste Lowry và thuyết electron của Lewis hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất.
Câu hỏi :
1. Hãy xem xét sự tương tác giữa các axit và bazơ cụ thể trong lý thuyết Arrenius , Lewis và Brenste Lowry .
2. Làm thế nào để có triển vọng xây dựng một lý thuyết thống nhất axit và bazơ?
6.4.3. Hóa keo
Hệ thống dung dịch keo có các đặc tính gì?
Chất keo đã được biết đến từ thời Trung Cổ. Trong khi khôi phục vàng từ các hợp chất hòa tan trong nước, các nhà luyện kim đã chuẩn bị các dung dịch keo của kim loại này (Pa-ratsels gọi đó là "đồ uống vàng"). Tùy thuộc vào hàm lượng vàng chưa trong đó mà các dung dịch có màu từ xanh sang màu đỏ ruby. M.V. Lomonosov đã mô tả một phương pháp điều chế dung dịch keo của vàng trong nước. Ông cũng phân biệt sự kết tinh với sự đông đặc – “quá trình chuyển hóa từ chất lỏng loãng thành chất lỏng đặc hoặc từ chất lỏng đặc thành vật mềm, được thực hiện mà không có một sự bay hơi nào đáng kể”.
Kể từ giữa thế kỷ XIX đã bắt đầu xuất hiện các nghiên cứu một cách có hệ thống các hệ thống dung dịch keo khác nhau. Khác với các dung dịch thông thường, trong các hệ thống dung dịch keo có ranh giới phân chia pha giữa các phần của chất với môi trường xung quanh. Công lao chủ yếu trong sự hình thành của hóa keo thuộc về nhà hóa học người Anh Thomas Graham (1805-1869), người đã nghiên cứu sự thẩm thấu của các chất lỏng khác nhau qua một màng bán thấm bằng giấy da cừu. Năm 1861, ông đề nghị đặt tên các chất không thẩm thấu được qua màng là "chất keo" (chất giống keo). Graham cũng sử dụng thuật ngữ “keo” – đối với các dung dịch keo và “gel” – đối với các hệ thống dạng keo sền sệt. Ông cũng là người đã hoàn thiện phương pháp tinh chế keo.
Đến cuối thế kỷ XIX xảy ra sự tích lũy hiểu biết và sự thiết lập các quy luật định tính của hệ keo. Trong thế kỷ XX xuất hiện một số lý thuyết tổng quát đầu tiên. Căn cứ vào khả năng chuyển động của các hạt keo trong điện trường, các nhà hóa học đã giả định rằng chúng giống như các ion. Tuy nhiên, khác với các ion, các hạt keo có thể được nhìn thấy qua kính siêu hiển vi được chế tạo vào năm 1903 bởi nhà hóa học, vật lý người Áo Richard Adolf Zsigmondy (1865-1929). Nhờ có kính siêu hiển vi và các phương pháp khác, ông đã nghiên cứu tính chất của các dung dịch keo và sự đông tụ của chúng. Với những nghiên cứu to lớn của mình trong lĩnh vực hóa keo, ông đã được nhận giải Nobel năm 1925.
Irving Langmuir (1881-1957) - nhà vật lý và nhà hóa lý người Mỹ. Các nghiên cứu của ông chủ yếu là dành cho việc tìm hiểu các phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao và áp suất thấp, hiệu ứng nhiệt của các chất khí, tương tác hóa học trong chất rắn, chất lỏng, và màng bề mặt. Năm 1932 ông được trao giải Nobel hóa học cho các phát minh và nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học các hiện tượng bề mặt.
Việc làm của Zsigmondy, các thí nghiệm nghiên cứu hệ thống keo và chuyển động Brown của nhà hóa lý người Pháp Jean Baptiste Perrin (1870-1942) trong các năm 1908-1913 đã chứng minh sự tồn tại của phân tử và tính đúng đắn
của lý thuyết động học phân tử. Dựa trên những kết quả thu được, Perrin đã xác định giá trị số Avogadro và cũng phù hợp với các giá trị thu được bằng các phương pháp khác. Năm 1926, ông đã vinh dự được nhận giải Nobel Vật lý.
Chuyển động Brown của các hạt keo còn được nghiên cứu bởi nhà hóa lý người Thụy Điển Theodor Svedberg (1884-1971). Để nghiên cứu các hệ keo, ông đã quyết định sử dụng máy li tâm. Năm 1923 Svedberg đã thiết kế thành công máy li tâm đầu tiên, và nhờ có nó người ta đã có thể tách các hạt keo từ dung dịch và xác định khối lượng phân tử của các chất được tạo thành trong hệ keo. Cũng bằng phương pháp đó, ông đã xác định được khối lượng mol của hemoglobin và một số protein khác. Với những thành tựu đạt được trong lĩnh vực các hệ phân tán, ông đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1926.
Một trong những người đã nghiên cứu các vấn đề lý thuyết về sự bền vững của hệ keo đó là nhà nghiên cứu người Mỹ I. Langmuir. Khi nghiên cứu sức căng bề mặt của chất lỏng, vào năm 1916 ông đã phát hiện sự thay đổi của nó khi thêm các chất lạ vào trong nước là do sự thay đổi cấu trúc lớp bề mặt tại ranh giới giữa nước và không khí. Langmuir nghiên cứu tính chất của các lớp đơn phân tử các chất hoạt động bề mặt – chất đã giữ ổn định hệ thống keo, và kết luận rằng hoạt tính bề mặt của các phân tử axit cacboxylic là do nhóm cacboxyl hướng về phía nước còn “đuôi” hydrocarbon – hướng về phía ngược lại (không khí). Nhờ các thành tựu nghiên cứu của mình trong lĩnh vực hóa học các hiện tượng bề mặt Langmuir đã được nhận giải thưởng Nobel vào năm 1932.
Ba giải thưởng Nobel được trao trong một thời gian ngắn (1925-1932) cho các nghiên cứu trong lĩnh vực hóa keo đã thừa nhận ý nghĩa lớn lao của lĩnh vực khoa học này. Hiện nay hóa keo vẫn đang tiếp tục được phát triển một cách thành công là nhờ các đối tượng nghiên cứu của nó rất đa dạng - từ dầu thô và vật liệu xây dựng đến thực phẩm và mỹ phẩm.
1. Tại sao việc nghiên cứu các hệ thống keo được chia thành một lĩnh vực khoa học riêng?
2. Tại sao hóa học các hợp chất cao phân tử được coi là ranh giới giữa hóa học hữu cơ và hóa keo?