AP Chemistry

anion

Còn gọi: ion âm

Anion là ion mang điện tích âm, được hình thành khi một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử nhận thêm electron.

Anion là hạt mang điện tích âm, sinh ra khi một nguyên tử trung hòa về điện nhận thêm một hoặc nhiều điện tử. Quá trình này được gọi là sự khử, và nguyên tử ban đầu — thường là phi kim — có độ âm điện lớn nên dễ dàng thu hút điện tử về phía mình. Do đó, khi clo nhận một điện tử, nó trở thành anion clorua (Cl⁻); tương tự, khi oxi nhận hai điện tử, nó tạo thành anion oxit (O²⁻).

Trong hợp chất ion (ionic compound), anion liên kết với ion dương nhờ lực hút tĩnh điện, tạo nên mạng lưới tinh thể rắn chắc. Nhờ đó, các hợp chất như NaCl có nhiệt độ nóng chảy (melting point) cao và dẫn điện khi hòa tan trong nước. Ngược lại, trong dung dịch (solution), anion di chuyển tự do và bị hút về phía cực dương trong quá trình điện phân.

Bên cạnh đó, anion cũng có thể gồm nhiều nguyên tử liên kết cộng hóa trị với nhau nhưng mang điện tích âm tổng cộng, chẳng hạn như anion sunfat (SO₄²⁻) hay anion nitrat (NO₃⁻). Những ion đa nguyên tử (polyatomic ion) này xuất hiện phổ biến trong các phản ứng trao đổi ion và phản ứng axit–bazơ. Vì vậy, chúng đóng vai trò then chốt trong việc xác định tính chất hóa học của dung dịch.

Ký hiệuX^{n-} — trong đó X là ký hiệu nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố, n là số electron đã nhận (n = 1, 2, 3…)

Đơn vịĐiện tích của anion thường được biểu diễn bằng đơn vị điện tích nguyên tố, trong đó 1 đơn vị tương đương với điện tích của một electron (1.602 × 10⁻¹⁹ C).

Trực giác: Hãy tưởng tượng một quả bóng trung hòa bỗng dính thêm vài viên nam châm nhỏ — nó trở nên nặng hơn và mang 'tích âm', giống như nguyên tử nhận thêm electron để thành anion.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1834William WhewellMichael Faraday

Thuật ngữ "anion" được nhà bác học người Anh William Whewell đề xuất năm 1834 và được nhà hóa học Michael Faraday phổ biến, dùng để gọi những phần tử mang điện di chuyển về một phía trong thí nghiệm điện phân.

Vào đầu thập niên 1830, Faraday miệt mài với các thí nghiệm cho dòng điện chạy qua dung dịch và nhận thấy một điều khó hiểu: kim loại tan ra ở điện cực này rồi lại kết tủa thành kim loại mới ở điện cực kia. Rõ ràng phải có "thứ gì đó" mang vật chất đi xuyên qua dung dịch, nhưng bản chất của thứ đó thì ông chưa biết. Vì vậy ông cần một bộ tên gọi trung lập, chỉ mô tả hành vi chứ không giả định cấu trúc, và ông đã hỏi ý kiến William Whewell. Bộ từ vựng ra đời năm 1834 — ion, anion, cation — đã đặt nền cho toàn bộ cách nói về điện hóa học sau này, kể cả khi người ta còn chưa biết đến electron.

Thử nghiệm tương tác

Bấm thêm một electron vào nguyên tử clo — nhìn nhãn đổi thành Cl⁻ trong khi số proton đứng yên

Hay hiểu sai

So sánh lực hút giữa ion không được chỉ nhìn điện tích.

Khoảng cách trong định luật Coulomb là khoảng cách giữa hai tâm ion, không phải diện tích tiếp xúc.

Anion trong cầu muối chạy về nửa pin đang tích điện dương, không phải về cực có tên gọi nghe hợp tai.

Anion không bị electron trong dây dẫn kéo đi, và cả hai loại ion đều di chuyển.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Canxi oxit (

CaO

) và magie oxit (

MgO

) đều là hợp chất ion gồm anion

O^{2-}

và một cation mang điện tích

+2

. Bán kính ion đo được là

r(Mg^{2+}) = 72

pm,

r(Ca^{2+}) = 100

pm và

r(O^{2-}) = 140

pm. Hai chất đều kết tinh theo cùng một kiểu mạng lập phương.

aChỉ ra anion và cation trong mỗi hợp chất, đồng thời cho biết điện tích của chúng.
bDựa vào định luật Coulomb, giải thích hợp chất nào có tương tác ion mạnh hơn. Có tính toán minh họa.
cDự đoán chất nào có nhiệt độ nóng chảy cao hơn và nêu lý do.

1Bước 1: Anion là ion mang điện âm, hình thành khi nguyên tử nhận electron. Trong cả hai hợp chất, anion đều là

O^{2-}

(nguyên tử oxi nhận 2 electron để đạt cấu hình khí hiếm). Cation trong

MgO

là

Mg^{2+}

, trong

CaO

là

Ca^{2+}

; cả hai cùng có điện tích

+2

. Vì tích điện tích

Q_1 Q_2 = (+2)(-2) = -4

giống hệt nhau ở hai chất, yếu tố điện tích không phân biệt được chúng — chỉ còn khoảng cách giữa hai tâm ion là biến số.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyCấu trúc & tính chất nguyên tử · bài “Electron hóa trị và hợp chất ion” — khoá AP Chemistry

Cần trướcelectron

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

cation (cation)cation

Khác nhau ở đâuAnion là ion mang điện tích âm, hình thành khi nguyên tử nhận thêm electron. Cation là ion mang điện tích dương, hình thành khi nguyên tử mất electron.

Hay nhầm khiĐề hay hỏi ion nào di chuyển về điện cực nào trong bình điện phân, hoặc so sánh bán kính ion của hai loại.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 18, 20, 25.

2Ví dụ 2/2

Một pin Daniell được lắp với điện cực kẽm nhúng trong

\text{Zn(NO}_3)_2

1,0 M và điện cực đồng nhúng trong

\text{Cu(NO}_3)_2

1,0 M, hai ngăn nối với nhau bằng cầu muối (salt bridge) chứa dung dịch

\text{KNO}_3

bão hòa. Pin được cho phóng điện ở cường độ dòng không đổi

0{,}500

A trong

1930

giây. Cho

F = 96485

C/mol e⁻.

aViết nửa phản ứng ở mỗi điện cực và cho biết anion $\text{NO}_3^-$ trong cầu muối di chuyển về ngăn nào, giải thích lý do.
bTính số mol anion $\text{NO}_3^-$ đã di chuyển qua cầu muối trong khoảng thời gian trên.

1Bước 1: Kẽm hoạt động hơn nên bị oxi hóa tại điện cực âm — nơi xảy ra sự oxi hóa gọi là anode:

\text{Zn}(s) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + 2e^-

. Electron chạy qua dây dẫn sang điện cực đồng, nơi xảy ra sự khử:

\text{Cu}^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu}(s)

. Phản ứng tổng cộng là

\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)

2Bước 2: Xét cân bằng điện tích trong từng ngăn. Ngăn kẽm liên tục sinh thêm

\text{Zn}^{2+}

nên tích lũy điện tích dương; ngăn đồng thì mất dần

\text{Cu}^{2+}

nên dư điện tích âm từ các

\text{NO}_3^-

ở lại. Nếu không có gì bù trừ, sự tách điện tích này sẽ chặn đứng dòng electron chỉ sau một khoảnh khắc.

3Bước 3: Cầu muối giải quyết đúng vấn đề đó: anion

\text{NO}_3^-

di chuyển về ngăn kẽm (ngăn anode) để trung hòa lượng

\text{Zn}^{2+}

mới sinh, còn cation

\text{K}^+

đi về ngăn đồng để bù cho

\text{Cu}^{2+}

đã bị khử. Nói gọn: anion luôn chạy về phía anode, ngược chiều với dòng electron trong mạch ngoài.

4Bước 4: Tính điện lượng đã đi qua:

q = It = (0{,}500)(1930) = 965

C. Số mol electron là

n_{e^-} = \frac{965}{96485} = 0{,}0100\ \text{mol}.

Mỗi mol electron ứng với một mol điện tích âm cần được bù, mà

\text{NO}_3^-

chỉ mang điện tích

-1

, nên số mol anion di chuyển đúng bằng số mol electron:

0{,}0100

mol. (Kiểm tra chéo: lượng

\text{Zn}^{2+}

sinh ra là

0{,}0100/2 = 0{,}00500

mol, mang tổng điện tích

+0{,}0100

mol — khớp.)

Kẽm bị oxi hóa ở anode và ion đồng bị khử ở cathode; do ngăn kẽm dư điện tích dương, anion $\text{NO}_3^-$ trong cầu muối di chuyển về ngăn kẽm để duy trì trung hòa điện, đồng thời $\text{K}^+$ đi về ngăn đồng. Với điện lượng $965$ C, có $0{,}0100$ mol electron chạy qua mạch ngoài, tương ứng $0{,}0100$ mol $\text{NO}_3^-$ băng qua cầu muối. Khi trả lời câu hỏi dạng này, chỉ nói "anion đi về anode" là chưa đủ — giám khảo chờ lý do trung hòa điện tích do cation kim loại sinh ra ở ngăn đó.