Đang tải bài học…

AP Chemistry

dung dịch

solution

Còn gọi: hỗn hợp đồng nhất

Dung dịch là hỗn hợp đồng nhất gồm chất tan phân tán đều ở cấp độ phân tử hoặc ion trong chất tan môi, có thành phần không đổi suốt thể tích.

Dung dịch (solution) là hỗn hợp đồng nhất trong đó các phân tử (molecule) hoặc ion của chất tan phân tán đều vào giữa các phân tử của dung môi, tạo thành một pha duy nhất không thể phân biệt từng thành phần riêng lẻ bằng mắt thường. Vì sự phân tán diễn ra ở cấp độ phân tử, dung dịch có thành phần hóa học giống nhau tại mọi vị trí, và do đó khác với hỗn hợp không đồng nhất như huyền phù hay nhũ tương, nơi các hạt vẫn giữ ranh giới rõ ràng với môi trường xung quanh.

Chất tan có thể là chất rắn, lỏng hoặc khí, nên dung dịch tồn tại ở nhiều dạng: nước muối là dung dịch lỏng, đồng thau là dung dịch rắn, còn không khí là dung dịch khí. Trong hóa học phổ thông, dung dịch lỏng được quan tâm nhiều nhất vì hầu hết phản ứng hóa học (chemical reactions) diễn ra trong môi trường nước, nhờ đó chất tan tách rời và di chuyển tự do.

Vì hạt chất tan nhỏ hơn 1 nm, dung dịch không làm tán xạ ánh sáng và không thể tách bằng lọc hay để lắng; muốn thu lại chất tan phải dùng chưng cất, bay hơi hoặc kết tinh. Nồng độ mol của chất tan được biểu diễn bằng công thức $C = n/V$ , trong đó $n$ là số mol chất tan và $V$ là thể tích dung dịch tính bằng lít. Khi nồng độ vượt quá giới hạn độ tan (solubility) tại một nhiệt độ nhất định, dung dịch trở nên quá bão hòa và chất tan dư bắt đầu kết tủa. Ngoài ra, các tính chất vật lý như áp suất hơi, độ tăng điểm sôi và độ hạ điểm đông đặc đều phụ thuộc vào số lượng hạt chất tan chứ không phải bản chất hóa học của chúng, một nhóm hiện tượng gọi chung là tính chất tập hợp (colligative property).

Ký hiệu

C

(nồng độ mol),

n

(số mol chất tan)

Đơn vịmol/L (nồng độ mol)

Trực giác: Giống như khuấy một thìa đường vào cốc nước: sau vài giây đường tan biến hoàn toàn, cốc nước ngọt đều từ trên xuống dưới, không ai chỉ ra được hạt đường nằm ở đâu nữa.

Hay hiểu sai

Tan trong nước không đồng nghĩa với phân li thành ion.

Thêm bazơ mạnh vào dung dịch đệm không phải bài toán cân bằng thông thường.

Trong tỉ số của phương trình đệm, dùng số mol hay nồng độ đều được.

Chất tan không phải thứ duy nhất hấp thụ ánh sáng trong cuvet.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Ở 25 °C, một học sinh chuẩn bị ba dung dịch, mỗi dung dịch có nồng độ 0,10 M và thể tích 100. mL, rồi lần lượt nhúng cùng một bộ điện cực nối với bóng đèn vào từng cốc để đo độ dẫn điện. Ba chất tan là natri chloride NaCl(aq), acid acetic

\text{CH}_3\text{COOH}(aq)

với

K_a = 1{,}8\times 10^{-5}

, và methanol

\text{CH}_3\text{OH}(aq)

aDung dịch nào trong ba dung dịch trên dẫn điện tốt nhất? Giải thích dựa trên bản chất của chất tan.
bTính tổng nồng độ ion trong dung dịch $\text{CH}_3\text{COOH}$ 0,10 M và so sánh định lượng với dung dịch NaCl 0,10 M.

1Bước 1: Trước hết phải nhận ra rằng độ dẫn điện của một dung dịch không phụ thuộc vào nồng độ chất tan ghi trên nhãn, mà phụ thuộc vào nồng độ các hạt mang điện thực sự có mặt trong nước. Vì vậy việc đầu tiên là phân loại ba chất tan: NaCl là chất điện li mạnh (strong electrolyte), acid acetic là chất điện li yếu vì chỉ ion hóa một phần, còn methanol là chất không điện li vì nó tan tốt nhờ liên kết hydrogen nhưng vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trung hòa. Do đó ngay từ bước phân loại đã thấy methanol gần như không đóng góp ion nào.

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

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

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 14, 17.

2Ví dụ 2/2

Một dung dịch đệm (buffer) acetate được pha bằng cách trộn 50. mL dung dịch acid acetic

\text{HC}_2\text{H}_3\text{O}_2(aq)

0,20 M với 50. mL dung dịch sodium acetate

\text{NaC}_2\text{H}_3\text{O}_2(aq)

0,20 M. Sau đó thêm 5,0 mL dung dịch NaOH(aq) 0,10 M vào hỗn hợp. Biết

\text{p}K_a

của acid acetic bằng 4,76.

aSau khi thêm NaOH, tiểu phân acetate nào có nồng độ lớn hơn và pH của dung dịch bằng bao nhiêu?
bNếu thêm đúng 5,0 mL NaOH 0,10 M đó vào 100. mL nước cất thay vì vào dung dịch đệm thì pH bằng bao nhiêu? So sánh mức độ thay đổi pH giữa hai trường hợp.

1Bước 1: Bài toán đệm luôn phải làm bằng số mol chứ không bằng nồng độ, vì hai thành phần nằm chung một thể tích nên thể tích sẽ triệt tiêu về sau. Số mol acid ban đầu là

0{,}0500 \times 0{,}20 = 0{,}010

mol, số mol ion acetate cũng là

0{,}0500 \times 0{,}20 = 0{,}010

mol. Vì hai lượng bằng nhau, trước khi thêm base thì

\text{pH} = \text{p}K_a = 4{,}76

2Bước 2: Lượng base thêm vào là

0{,}0050 \times 0{,}10 = 5{,}0\times 10^{-4}

mol, phản ứng hoàn toàn với dạng acid theo

\text{HC}_2\text{H}_3\text{O}_2 + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^{-} + \text{H}_2\text{O}

. Do đó acid giảm còn

0{,}010 - 0{,}00050 = 0{,}0095

mol, còn ion acetate tăng lên

0{,}010 + 0{,}00050 = 0{,}0105

mol. Base bị tiêu thụ hết nên trong dung dịch không còn

\text{OH}^{-}

tự do đáng kể; đây chính là lý do pH gần như không đổi.

3Bước 3: Áp dụng phương trình Henderson–Hasselbalch với tỉ số số mol:

\text{pH} = \text{p}K_a + \log\frac{n_{\text{A}^-}}{n_{\text{HA}}} = 4{,}76 + \log\frac{0{,}0105}{0{,}0095}

Tỉ số bằng 1,105 và

\log 1{,}105 = 0{,}04

, nên

\text{pH} = 4{,}80

. Vì dạng base liên hợp bây giờ nhiều hơn dạng acid, pH nhích lên phía trên

\text{p}K_a

một chút, đúng như dự đoán định tính.

4Bước 4: Trong trường hợp không có đệm,

5{,}0\times 10^{-4}

mol

\text{OH}^{-}

nằm nguyên trong tổng thể tích

100. + 5{,}0 = 105

mL, cho

[\text{OH}^{-}] = 5{,}0\times 10^{-4} / 0{,}105 = 4{,}8\times 10^{-3}\ M

. Từ đó

\text{pOH} = -\log(4{,}8\times 10^{-3}) = 2{,}32

và

\text{pH} = 14{,}00 - 2{,}32 = 11{,}68

. So với nước tinh khiết ở pH 7,00, độ thay đổi là 4,68 đơn vị, trong khi dung dịch đệm chỉ đổi 0,04 đơn vị — chênh nhau hơn một trăm lần.

Sau khi thêm NaOH, ion acetate $\text{C}_2\text{H}_3\text{O}_2^{-}$ là tiểu phân có nồng độ lớn hơn (0,0105 mol so với 0,0095 mol acid) và pH của dung dịch bằng 4,80, tức chỉ cao hơn $\text{p}K_a$ một chút. Cùng lượng base ấy khi cho vào nước cất lại đẩy pH lên tới 11,68. Sự tương phản này cho thấy dung dịch đệm giữ pH gần như cố định nhờ dạng acid yếu còn dư luôn sẵn sàng trung hòa base thêm vào, chừng nào chưa vượt quá khả năng đệm (buffer capacity) của nó.