Đang tải bài học…

AP Chemistry

base liên hợp

conjugate base

Còn gọi: bazơ liên hợp · A− · conjugate base A- · base liên hiệp

Base liên hợp là chất còn lại sau khi axit nhường một proton, tạo thành cặp liên hợp trong phản ứng thuận nghịch.

Trong thuyết Brønsted–Lowry, mọi phản ứng trao đổi ion H⁺ đều bao gồm hai cặp chất tham gia. Khi một axit nhường đi một ion H⁺, phần còn lại của phân tử (molecule) sẽ đóng vai trò là base liên hợp của axit đó. Quá trình này thiết lập một mối liên hệ mật thiết giữa chất cho và chất nhận, nhờ vậy mà tạo nên cặp axit – base liên hợp đặc trưng cho mỗi cân bằng.

Mối quan hệ này được biểu diễn qua phương trình tổng quát $\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-$ . Trong công thức trên, $\text{HA}$ đại diện cho axit ban đầu, còn $\text{A}^-$ chính là base liên hợp được tạo thành sau khi axit mất đi một ion H⁺. Nhờ đó, ta có thể xác định base liên hợp của bất kỳ axit nào chỉ bằng cách bớt đi một nguyên tử (atom) hydro và giảm điện tích đi một đơn vị. Tuy nhiên, quy luật này cũng chỉ ra rằng axit càng mạnh thì khả năng nhường ion H⁺ càng lớn, kéo theo base liên hợp sinh ra càng yếu và càng kém khả năng nhận lại ion H⁺.

Ngược lại, một base liên hợp mang điện tích âm thường có xu hướng thu hút ion H⁺ để trở về dạng trung hòa, trừ khi gốc axit đó quá bền vững. Hơn nữa, những chất lưỡng tính (amphoteric) như nước hay ion bicarbonate có thể đóng vai trò vừa là axit vừa là base liên hợp, tùy thuộc vào đối tác phản ứng. Vì vậy, việc nhận diện chính xác các cặp liên hợp giúp học sinh dự đoán được chiều hướng của phản ứng axit – base và tính toán hằng số cân bằng (Keq).

Ký hiệu

\text{A}^-

Trực giác: Nếu coi axit là một người đang cầm quả bóng, thì base liên hợp chính là người đó sau khi đã ném bóng đi — tay trống và sẵn sàng đón lại quả bóng nếu được ném trả.

Công thức

\htmlClass{fp-1}{\htmlClass{fp-0}{K_a \cdot K_b} = K_w}

Dùng khi cần tìm $K_b$ của base liên hợp từ $K_a$ của acid (hoặc ngược lại) trong cân bằng nước ở 25 °C.

Trong đó

K_a

hằng số phân li acid của acid HA

K_b

hằng số phân li base của base liên hợp A⁻

K_w

tích số ion của nước, bằng

1.0 \times 10^{-14}

ở 25 °C

Khái niệm này sinh ra từ đâu

Johannes Nicolaus BrønstedMartin Lowry

Khái niệm base liên hợp ra đời cùng thuyết acid–base Brønsted–Lowry (Brønsted–Lowry acid–base theory), do Johannes Nicolaus Brønsted và Martin Lowry đề xuất, nhằm mô tả acid và base như một cặp gắn với nhau qua việc trao đổi proton chứ không phải hai loại chất tách rời.

Trước khi có thuyết Brønsted–Lowry, người ta quen nghĩ acid và base là hai nhóm chất riêng biệt, mỗi bên có tính chất cố định của mình. Brønsted và Lowry đổi cách nhìn: chất nào nhường được proton (proton donor) cho chất khác thì là acid, chất nhận proton là base. Cách định nghĩa này lập tức kéo theo một hệ quả. Khi một acid đã nhường proton, phần còn lại vẫn tồn tại và vẫn có khả năng nhận lại chính proton đó ở phản ứng nghịch — nghĩa là nó đóng vai trò base. Phần còn lại ấy được gọi là base liên hợp, và ngôn ngữ hóa học từ đó có thêm một công cụ để nói về phản ứng thuận nghịch một cách gọn gàng.

Thử nghiệm tương tác

Bấm một ô rồi tụt xuống một bậc — mất đúng một H⁺, điện tích âm thêm đúng một đơn vị

Hay hiểu sai

Base liên hợp chỉ khác acid đúng một proton, không phải hai.

Mất một proton thì điện tích giảm đi một đơn vị, không phải tăng.

Một tiểu phân có thể vừa là base liên hợp vừa là acid liên hợp.

Base liên hợp mạnh hay yếu phụ thuộc vào acid sinh ra nó.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Axit asenic

H_3AsO_4

là một axit ba nấc, khi phân li lần lượt trong nước tạo ra các tiểu phân

H_2AsO_4^-

HAsO_4^{2-}

và

AsO_4^{3-}

. Trong dung dịch nước, ion

H_2AsO_4^-

có thể vừa nhường vừa nhận proton tùy vào chất mà nó gặp.

aXác định axit liên hợp (conjugate acid) và base liên hợp của $H_2AsO_4^-$ , đồng thời viết phương trình minh họa cho từng vai trò.
bTrong bốn tiểu phân $H_3AsO_4$ , $H_2AsO_4^-$ , $HAsO_4^{2-}$ và $AsO_4^{3-}$ , những tiểu phân nào vừa là axit liên hợp của một chất, vừa là base liên hợp của một chất khác? Giải thích.

1Bước 1: Nhắc lại quy tắc gốc theo thuyết Brønsted–Lowry: base liên hợp của một chất là chính chất đó bớt đi một

H^+

, còn axit liên hợp là chính chất đó thêm vào một

H^+

. Điện tích phải thay đổi tương ứng, vì

H^+

mang một đơn vị điện tích dương.

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 nàyAxit & bazơ · bài “Giới thiệu axit và bazơ” — khoá AP Chemistry

Cần trướcthuyết acid–base Brønsted–Lowry (sắp có)proton

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

basebase

Khác nhau ở đâuBase là chất nhận proton trong phản ứng acid-base. Base liên hợp là phần còn lại của acid sau khi acid đã nhường proton.

Hay nhầm khinhầm khi đọc phương trình: chất nhận proton ban đầu là base, chất sinh ra cùng phía với acid sau mũi tên là base liên hợp

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 760, 762–763.

Vì sao mang đúng cái tên này? Chữ "liên hợp" chỉ mối ràng buộc thành cặp: base liên hợp không phải một chất độc lập mà luôn được gọi tên trong quan hệ với acid đã sinh ra nó. Nếu bớt một proton khỏi acid thì được base liên hợp; ngược lại, nếu thêm một proton vào base thì được acid liên hợp (conjugate acid). Vì vậy tên gọi nghe có vẻ mâu thuẫn — sinh ra từ acid nhưng lại mang chữ "base" — thật ra rất chính xác: chất đó xuất thân từ một acid nhưng hành xử như một base ở chiều nghịch của cân bằng. Cũng cần lưu ý rằng một số acid nhường được nhiều proton, nên base liên hợp của chúng vẫn có thể còn tính acid, và điều này giải thích vì sao trong nhiều bài tập một tiểu phân có thể vừa đóng vai acid vừa đóng vai base tùy phản ứng.

Bấm một ô rồi tụt xuống một bậc — mất đúng một H⁺, điện tích âm thêm đúng một đơn vị

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Khi trình bày, hãy viết rõ phương trình chuyển proton thay vì chỉ ghi tên chất.

Với câu hỏi chỉ thị màu, hãy so $\text{pH}$ với $\text{p}K_a$ trước khi kết luận màu.

Trong câu trắc nghiệm, loại đáp án bằng cách đếm H và điện tích trước khi đọc kỹ.

Tần suất trong đề AP ChemistryHay gặp

2Bước 2: Áp dụng cho

H_2AsO_4^-

. Thêm một proton:

H_2AsO_4^- + H^+ \rightarrow H_3AsO_4

, nên axit liên hợp là

H_3AsO_4

. Bớt một proton:

H_2AsO_4^- \rightarrow HAsO_4^{2-} + H^+

, nên base liên hợp là

HAsO_4^{2-}

. Chú ý điện tích đi từ

-1

sang

0

khi nhận proton và từ

-1

sang

-2

khi nhường proton.

3Bước 3: Viết hai phương trình trong nước. Khi đóng vai axit:

H_2AsO_4^-(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons HAsO_4^{2-}(aq) + H_3O^+(aq)

. Khi đóng vai base:

H_2AsO_4^-(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons H_3AsO_4(aq) + OH^-(aq)

. Chất có thể đóng cả hai vai như vậy được gọi là chất lưỡng tính proton (amphiprotic).

4Bước 4: Xét từng tiểu phân ở ý (b).

H_3AsO_4

là axit liên hợp của

H_2AsO_4^-

, nhưng muốn nó là base liên hợp thì phải tồn tại

H_4AsO_4^+

— tiểu phân này không có trong dãy, nên loại. Ngược lại,

AsO_4^{3-}

là base liên hợp của

HAsO_4^{2-}

nhưng không còn proton nào để nhường, nên cũng loại.

5Bước 5: Hai dạng trung gian thì thỏa cả hai điều kiện.

H_2AsO_4^-

là base liên hợp của

H_3AsO_4

và là axit liên hợp của

HAsO_4^{2-}

; tương tự,

HAsO_4^{2-}

là base liên hợp của

H_2AsO_4^-

và là axit liên hợp của

AsO_4^{3-}

. Dấu hiệu nhận biết nhanh trên đề: tiểu phân vẫn còn ít nhất một

H

để nhường và vẫn còn cặp electron chưa liên kết trên nguyên tử O để nhận proton.

Axit liên hợp của $H_2AsO_4^-$ là $H_3AsO_4$ và base liên hợp của nó là $HAsO_4^{2-}$ ; trong dãy asenat, hai tiểu phân trung gian $H_2AsO_4^-$ và $HAsO_4^{2-}$ vừa đóng vai axit liên hợp của tiểu phân đứng dưới, vừa đóng vai base liên hợp của tiểu phân đứng trên, tức là các chất lưỡng tính proton.

2Ví dụ 2/2

Chất chỉ thị (indicator) HIn là một axit yếu có

pK_a = 5{,}0

, phản ứng với nước theo phương trình

HIn(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons In^-(aq) + H_3O^+(aq)

. Dạng HIn có màu vàng, còn dạng

In^-

có màu xanh. Người ta nhỏ vài giọt chất chỉ thị này vào hai cốc dung dịch đệm, cốc thứ nhất có

pH = 3{,}0

và cốc thứ hai có

pH = 7{,}0

aChỉ ra base liên hợp của HIn và viết biểu thức hằng số phân li axit $K_a$ , đồng thời tính giá trị $K_a$ .
bTính tỉ số $[In^-]/[HIn]$ trong mỗi cốc và dự đoán màu quan sát được.

1Bước 1: HIn nhường một proton cho nước nên phần còn lại, tức

In^-

, chính là base liên hợp của nó. Cặp

HIn/In^-

khác nhau đúng một

H^+

, và đó cũng là lý do hai dạng có màu khác nhau: việc mất proton làm thay đổi hệ electron liên hợp của phân tử.

2Bước 2: Biểu thức hằng số phân li:

K_a = \dfrac{[In^-][H_3O^+]}{[HIn]}

. Từ

pK_a = 5{,}0

ta có

K_a = 10^{-5{,}0} = 1{,}0 \times 10^{-5}

. Nước là dung môi nên không xuất hiện trong biểu thức.

3Bước 3: Lấy logarit hai vế của biểu thức trên và sắp xếp lại, ta thu được phương trình Henderson–Hasselbalch (Henderson–Hasselbalch equation):

pH = pK_a + \log\dfrac{[In^-]}{[HIn]}

, suy ra

\dfrac{[In^-]}{[HIn]} = 10^{\,pH - pK_a}

. Công thức này cho biết tỉ lệ giữa base liên hợp và axit chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa pH và

pK_a

4Bước 4: Cốc thứ nhất,

pH = 3{,}0

\dfrac{[In^-]}{[HIn]} = 10^{3{,}0-5{,}0} = 10^{-2} = 0{,}01

. Cứ một phần

In^-

thì có tới 100 phần HIn, nên dạng axit áp đảo và dung dịch có màu vàng.

5Bước 5: Cốc thứ hai,

pH = 7{,}0

\dfrac{[In^-]}{[HIn]} = 10^{7{,}0-5{,}0} = 10^{2} = 100

. Lúc này base liên hợp chiếm ưu thế gấp 100 lần, nên dung dịch có màu xanh. Quy tắc chung rút ra: khi

pH < pK_a

thì dạng axit chiếm ưu thế, khi

pH > pK_a

thì base liên hợp chiếm ưu thế, và khi

pH = pK_a

thì hai dạng có nồng độ bằng nhau.

Base liên hợp của HIn là $In^-$ , với $K_a = \dfrac{[In^-][H_3O^+]}{[HIn]} = 1{,}0 \times 10^{-5}$ . Ở $pH = 3{,}0$ tỉ số $[In^-]/[HIn] = 0{,}01$ nên cốc thứ nhất có màu vàng của dạng axit; ở $pH = 7{,}0$ tỉ số này bằng $100$ nên cốc thứ hai có màu xanh của base liên hợp. Màu quan sát được do đó là một cách đọc trực tiếp tỉ lệ giữa axit và base liên hợp trong dung dịch.

Liên quancặp axit-bazơ liên hợp (sắp có)hằng số ion hóa bazơ (Kb) (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.