AP Chemistry

chất tan

solute

Còn gọi: chất bị hòa tan · dissolved species

Chất tan là chất bị hòa tan trong dung môi để tạo thành dung dịch, thường có lượng nhỏ hơn dung môi.

Chất tan (solute) là thành phần của dung dịch (solution) bị hòa tan trong dung môi. Trong một dung dịch điển hình, chất tan thường có số mol hoặc khối lượng nhỏ hơn dung môi, tuy nhiên tiêu chuẩn này không phải tuyệt đối. Khi muối ăn tan trong nước, các ion Na⁺ và Cl⁻ tách rời nhau và được bao quanh bởi các phân tử nước, nhờ đó tạo thành một hỗn hợp đồng nhất.

Tuy nhiên, quá trình hòa tan phụ thuộc vào bản chất lực liên phân tử giữa các hạt chất tan và dung môi. Nếu tương tác giữa chất tan và dung môi đủ mạnh để thắng liên kết nội tại trong mạng tinh thể, chất tan sẽ phân tán đều vào dung môi. Ngược lại, khi lực hút giữa các phân tử chất tan quá lớn so với lực tương tác với dung môi, quá trình hòa tan hầu như không xảy ra. Vì vậy, quy tắc cơ bản là chất phân cực tan tốt trong dung môi phân cực, còn chất không phân cực tan tốt trong dung môi không phân cực — đây là kim chỉ nam để dự đoán khả năng hòa tan.

Do đó, nồng độ (concentration) chất tan trong dung dịch được biểu thị bằng nhiều đại lượng khác nhau. Nồng độ mol là đại lượng phổ biến nhất trong phòng thí nghiệm, được tính bằng công thức $C_M = \frac{n}{V}$ , trong đó $n$ là số mol chất tan và $V$ là thể tích dung dịch tính bằng lít. Ngoài ra, phần trăm khối lượng và nồng độ molan cũng thường được sử dụng tùy theo ngữ cảnh tính toán.

Trực giác: Như đường tan trong cốc nước — hạt đường biến mất khỏi mắt nhưng vị ngọt vẫn còn, đó là chất tan đã phân tán đều trong dung môi.

Công thức

M = \frac{n}{V}

dùng khi cần tính nồng độ mol của dung dịch, với $n$ là số mol chất tan và $V$ là thể tích dung dịch tính bằng lít

Trong đó

M

nồng độ mol (molarity) — mol/L hoặc M

n

số mol chất tan — mol

V

thể tích dung dịch — L

\htmlClass{fp-0}{M_1V_1} = \htmlClass{fp-1}{M_2V_2}

dùng khi pha loãng dung dịch, với $M_1$ , $V_1$ là nồng độ và thể tích ban đầu, $M_2$ , $V_2$ là nồng độ và thể tích sau pha loãng

Trong đó

Khái niệm này sinh ra từ đâu

1894W. D. BancroftF. G. DonnanN. Story-Maskelyne

Từ "solute" được đề xuất gần như đồng thời vào năm 1894 bởi vài nhà hóa học — trong đó có W. D. Bancroft, F. G. Donnan và N. Story-Maskelyne — nhằm có một từ gọn để chỉ chất đã bị hòa tan trong dung môi.

Cuối thế kỷ 19, hóa học dung dịch phát triển mạnh nhưng tiếng Anh lại thiếu một danh từ riêng cho phần bị hòa tan: người ta đã có "solvent" và "solution", còn chất bị hòa tan thì phải diễn đạt vòng vo bằng cả một cụm từ. Trong báo cáo trình bày trước American Academy ngày 9 tháng 5 năm 1894, W. D. Bancroft viết rằng cần một từ chỉ chất đã hòa tan, và từ nay ông sẽ dùng "solute". Cùng năm ấy, F. G. Donnan gửi từ Leipzig một lá thư ngắn đăng trên Nature ngày 27 tháng 12, đề nghị đúng từ đó; N. Story-Maskelyne cũng dùng nó trong lời tựa đề ngày 18 tháng 11 năm 1894. Do đó, đây là một từ được ba người nghĩ ra độc lập vì cùng một nhu cầu thực tế.

Hay hiểu sai

Chất tan không phải lúc nào cũng là thành phần có khối lượng nhỏ hơn.

Muối tan trong nước tồn tại dưới dạng ion riêng lẻ, không phải từng đơn vị NaCl dính nhau.

Sau phản ứng kết tủa, ion dư vẫn còn trong dung dịch và phải được vẽ lại.

Máy đo quang phải được chỉnh về 0 bằng cuvet chứa dung môi nguyên chất.

Nồng độ mol tính theo thể tích dung dịch, không phải thể tích dung môi.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Hai dung dịch loãng trong nước được chuẩn bị riêng rẽ. Dung dịch 1 chứa 4 đơn vị

\text{AgNO}_3

, dung dịch 2 chứa 3 đơn vị

\text{NaCl}

; trong hình biểu diễn hạt, mỗi chất tan được vẽ ở dạng các ion rời rạc và các phân tử nước không được vẽ. Khi trộn hai dung dịch với nhau, một phản ứng kết tủa (precipitation reaction) xảy ra hoàn toàn.

aViết phương trình ion thu gọn của phản ứng và cho biết ion nào của chất tan bị dùng hết trước.
bCho biết hình biểu diễn hạt sau phản ứng phải gồm những tiểu phân nào và mỗi loại bao nhiêu đơn vị.

1Bước 1: Trước hết phải xác định trong cốc thật sự có những tiểu phân nào. Cả

\text{AgNO}_3

và

\text{NaCl}

đều là chất điện li mạnh, nên khi hòa tan chúng không tồn tại ở dạng phân tử mà phân li hoàn toàn thành ion bị nước bao quanh. Do đó dung dịch 1 chứa

4\ \text{Ag}^+

và

4\ \text{NO}_3^-

, còn dung dịch 2 chứa

3\ \text{Na}^+

và

3\ \text{Cl}^-

. Đây chính là lý do đề bài vẽ chất tan thành từng ion riêng lẻ chứ không vẽ thành cặp.

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 nàyLực liên phân tử · bài “Dung dịch và hỗn hợp” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớitính chất tập hợp (sắp có)

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

dung môi (solvent)solvent

Khác nhau ở đâuChất tan là thành phần bị hòa tan và thường có lượng ít hơn. Dung môi là thành phần hòa tan chất tan và thường có lượng nhiều hơn.

Hay nhầm khiKhi dung dịch gồm hai chất lỏng, học sinh hay nhầm chất nào là chất tan và chất nào là dung môi.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 17, 21, 25.

2Ví dụ 2/2

Một học sinh cần xác định nồng độ của một chất tan có màu xanh lam trong dung môi axeton. Phổ hấp thụ của axeton nguyên chất cho tín hiệu rất mạnh trong vùng

200

–

330\ \text{nm}

và gần như bằng không ở bước sóng lớn hơn

350\ \text{nm}

, trong khi phổ của chất tan có một cực đại lớn tại

620\ \text{nm}

và một vai nhỏ quanh

300\ \text{nm}

. Hệ số hấp thụ mol của chất tan tại

620\ \text{nm}

là

1{,}20 \times 10^{3}\ \text{M}^{-1}\text{cm}^{-1}

và cuvet dùng trong máy đo có bề dày

1{,}00\ \text{cm}

aHọc sinh nên đo ở bước sóng nào, $300\ \text{nm}$ hay $620\ \text{nm}$ ? Giải thích.
bDung dịch đo được có độ hấp thụ $0{,}360$ . Tính nồng độ mol của chất tan.
cLấy $10{,}00\ \text{mL}$ dung dịch trên pha loãng thành $50{,}00\ \text{mL}$ bằng axeton. Dự đoán độ hấp thụ của dung dịch mới.

1Bước 1: Máy đo không phân biệt được ánh sáng bị chất tan hấp thụ với ánh sáng bị dung môi hấp thụ, nó chỉ ghi lại tổng lượng bị mất đi. Tại

300\ \text{nm}

, axeton hấp thụ rất mạnh nên phần tín hiệu do chất tan đóng góp bị lấn át và nồng độ tính ra sẽ lớn hơn thực tế. Ngược lại, tại

620\ \text{nm}

dung môi trong suốt còn chất tan lại hấp thụ cực đại, nên toàn bộ độ hấp thụ (absorbance) đo được thuộc về chất tan. Vì vậy phải chọn

620\ \text{nm}

2Bước 2: Với bước sóng đã chọn, quan hệ giữa tín hiệu và nồng độ tuân theo định luật Beer (Beer's law):

A = \varepsilon b c

trong đó

A

là độ hấp thụ,

\varepsilon

là hệ số hấp thụ mol,

b

là bề dày cuvet và

c

là nồng độ mol của chất tan. Công thức cho thấy độ hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ khi

\varepsilon

và

b

giữ nguyên.

3Bước 3: Thay số vào và giải cho

c

c = \frac{A}{\varepsilon b} = \frac{0{,}360}{(1{,}20 \times 10^{3})(1{,}00)} = 3{,}00 \times 10^{-4}\ \text{M}

Kết quả có đơn vị

\text{M}

vì

\text{M}^{-1}\text{cm}^{-1}

nhân với

\text{cm}

đã triệt tiêu phần chiều dài, còn độ hấp thụ vốn không có đơn vị.

4Bước 4: Khi pha loãng, số mol chất tan không đổi mà chỉ thể tích tăng lên, nên dùng

M_1V_1 = M_2V_2

M_2 = \frac{(3{,}00 \times 10^{-4})(10{,}00)}{50{,}00} = 6{,}00 \times 10^{-5}\ \text{M}

Do độ hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ, ta được

A_2 = (1{,}20 \times 10^{3})(1{,}00)(6{,}00 \times 10^{-5}) = 0{,}0720

. Con số này đúng bằng

0{,}360

chia cho 5, phù hợp với việc dung dịch bị pha loãng 5 lần.

Phép đo phải thực hiện ở $620\ \text{nm}$ vì tại đó axeton không hấp thụ nên tín hiệu phản ánh riêng chất tan. Nồng độ của dung dịch ban đầu là $3{,}00 \times 10^{-4}\ \text{M}$ , và sau khi pha loãng 5 lần nồng độ còn $6{,}00 \times 10^{-5}\ \text{M}$ ứng với độ hấp thụ dự đoán $0{,}0720$ .