AP Chemistry

dung môi

solvent

Dung môi là chất dùng để hòa tan chất tan trong dung dịch, thường chiếm lượng lớn hơn và quyết định trạng thái vật lý của dung dịch.

Dung môi là thành phần của dung dịch đóng vai trò làm môi trường hòa tan, trong đó các chất tan (solute) được phân tán đồng nhất. Khi trộn hai chất lỏng với nhau, chất nào chiếm số mol hoặc khối lượng (mass) lớn hơn thường được xem là dung môi. Nhờ cách xác định này, vai trò của mỗi thành phần trong hỗn hợp trở nên rõ ràng và việc phân loại dung dịch trở nên thống nhất.

Trong quá trình hòa tan, lực liên phân tử giữa dung môi và chất tan phải đủ mạnh để phá vỡ cấu trúc ban đầu của cả hai. Nước, thường được gọi là dung môi phổ quát, có khả năng hòa tan nhiều chất nhờ liên kết hydro và momen lưỡng cực (dipole moment) lớn. Ngược lại, các dung môi không phân cực như hexan chỉ hòa tan được những chất tan có bản chất không phân cực tương tự.

Hơn nữa, dung môi không chỉ quyết định lượng chất tan có thể hòa tan mà còn quy định trạng thái vật lý cuối cùng của dung dịch. Khi dung môi là chất lỏng, dung dịch tạo thành cũng ở dạng lỏng bất kể chất tan ban đầu là rắn, lỏng hay khí. Vì vậy, việc lựa chọn dung môi phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất (yield) của mọi quá trình hóa học, từ tổng hợp trong phòng thí nghiệm đến sản xuất công nghiệp.

Trực giác: Giống như đường tan trong cốc nước, nước đóng vai trò bao bọc và phân tán các phân tử đường ra khắp thể tích.

Khái niệm này sinh ra từ đâu

thập niên 1670Boyle

Danh từ chỉ chất hòa tan chất khác xuất hiện trong tiếng Anh vào thập niên 1670, gắn với các ghi chép của Boyle, còn nghĩa hóa học của tính từ tương ứng được ghi nhận từ thập niên 1680; gốc xa hơn là động từ Latin "solvere" nghĩa là "nới lỏng, giải phóng".

Việc con người dùng một chất lỏng để rút chất khác ra khỏi hỗn hợp có tuổi đời dài hơn nhiều so với cái tên gọi nó: dấu vết ethanol tìm thấy trong một xưởng bia khoảng 13.000 năm tuổi gần Haifa, Israel, cho thấy nước đã làm nhiệm vụ hòa tan từ rất sớm. Tuy nhiên, phải đến thế kỷ 17, khi hóa học châu Âu bắt đầu mô tả có hệ thống chuyện chất nào làm tan được chất nào, người ta mới cần một danh từ riêng cho "chất lỏng khiến vật thể khác hóa lỏng". Từ đó, thuật ngữ này đi vào ngôn ngữ khoa học và ở lại cho tới nay, khi nước được xem là dung môi phổ biến nhất của sự sống.

Hay hiểu sai

Dung môi không phải lúc nào cũng "trong suốt" với tia tử ngoại.

Trong sắc ký, dung môi tốt nhất không phải dung môi hòa tan mạnh nhất.

Thay đổi thành phần dung môi làm đổi quãng đường chất đi, và phải nói đúng chiều.

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

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Một nhóm học sinh cần xác định nồng độ của một chất tan có màu bằng phương pháp đo quang. Chất tan được hòa tan trong axeton, và nhóm ghi được hai phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến: axeton nguyên chất hấp thụ rất mạnh trong vùng 200–330 nm nhưng gần như không hấp thụ ở bước sóng lớn hơn 340 nm; chất tan có một dải hấp thụ ở 280 nm và một dải khác trong vùng 380–520 nm với cực đại tại 450 nm. Cuvet dùng trong máy có bề dày

b = 1{,}00\ \text{cm}

, và độ hấp thụ mol của chất tan tại 450 nm là

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

. Khi đo mẫu dung dịch, máy cho giá trị độ hấp thụ

A = 0{,}360

aNên đặt máy đo ở bước sóng 280 nm hay 450 nm? Giải thích lựa chọn dựa trên hai phổ hấp thụ.
bTính nồng độ mol của chất tan trong dung dịch.
cNếu nhóm vẫn cố đo tại 280 nm và dùng nước nguyên chất làm mẫu so sánh, nồng độ tính được sẽ lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị thật? Giải thích.

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 tớinồng độ mol (sắp có)

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

chất tan (solute)solute

Khác nhau ở đâuDung môi là thành phần có lượng lớn hơn, giữ nguyên trạng thái vật lí khi dung dịch hình thành. Chất tan là thành phần có lượng nhỏ hơn, bị dung môi phân tán đều.

Hay nhầm khiTrong đề cho hỗn hợp hai chất lỏng, thí sinh hay gán nhầm vai trò dung môi mà không xét tỉ lệ mol hoặc khối lượng.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 17, 19, 61.

1Bước 1: Trước hết cần nhớ vai trò của dung môi trong phép đo quang: nó chỉ là môi trường phân tán chất tan, nên tín hiệu mà máy ghi được phải đến từ chất tan chứ không phải từ nó. Muốn vậy, tại bước sóng phân tích, dung môi phải gần như trong suốt. Phổ của axeton cho thấy nó hấp thụ rất mạnh dưới 330 nm, tức là vùng tử ngoại này hoàn toàn không dùng được.

2Bước 2: So sánh hai bước sóng mà chất tan hấp thụ: ở 280 nm, cả chất tan lẫn axeton đều hấp thụ, còn ở 450 nm chỉ có chất tan hấp thụ và axeton đã "im lặng". Ngoài ra 450 nm chính là cực đại hấp thụ của chất tan, nên độ nhạy của phép đo là lớn nhất và sai số tương đối nhỏ nhất. Do đó phải chọn 450 nm.

3Bước 3: Áp dụng định luật Beer–Lambert (Beer–Lambert law)

A = \varepsilon b c

, trong đó

A

là độ hấp thụ,

\varepsilon

là độ hấp thụ mol,

b

là bề dày cuvet và

c

là nồng độ mol cần tìm. Rút

c

ra:

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

Vậy dung dịch có nồng độ

3{,}00 \times 10^{-4}\ \text{M}

. Kết quả này chỉ đáng tin vì toàn bộ giá trị

A = 0{,}360

đều do chất tan gây ra.

4Bước 4: Ở 280 nm thì tình hình đảo ngược: độ hấp thụ đo được là tổng của phần do chất tan và phần do axeton,

A_{\text{do}} = A_{\text{solute}} + A_{\text{solvent}}

. Vì mẫu so sánh là nước nguyên chất chứ không phải axeton nguyên chất, máy không trừ đi được phần đóng góp của dung môi. Khi chia số

A

đã bị thổi phồng đó cho

\varepsilon b

, nồng độ tính được sẽ lớn hơn giá trị thật. Cách khắc phục là dùng mẫu trắng (blank) chứa đúng axeton nguyên chất — nhưng ngay cả thế, ở 280 nm độ hấp thụ của axeton lớn đến mức gần như không còn ánh sáng truyền qua, nên phép trừ vẫn vô nghĩa.

2Ví dụ 2/2

Một học sinh hòa tan

5{,}85\ \text{g}

NaCl (

M = 58{,}44\ \text{g·mol}^{-1}

) vào

250{,}0\ \text{g}

nước cất, khuấy đến khi thu được dung dịch đồng nhất. Nước nguyên chất đông đặc ở

0{,}00\ ^\circ\text{C}

và có hằng số nghiệm lạnh

K_f = 1{,}86\ ^\circ\text{C·kg·mol}^{-1}

. Giả thiết NaCl phân li hoàn toàn trong nước.

aChỉ rõ đâu là chất tan, đâu là dung môi, và nêu căn cứ.
bTính nồng độ molan của dung dịch.
cTính nhiệt độ đông đặc của dung dịch và giải thích vì sao $K_f$ được coi là đặc trưng của dung môi chứ không phải của chất tan.

1Bước 1: Trong hỗn hợp này, nước chiếm

250{,}0\ \text{g}

còn NaCl chỉ chiếm

5{,}85\ \text{g}

, và trạng thái vật lý của dung dịch (lỏng, trong suốt) chính là trạng thái của nước. Thành phần có mặt với lượng lớn hơn và quyết định trạng thái của dung dịch là dung môi, phần bị phân tán vào đó là chất tan. Vậy nước là dung môi, NaCl là chất tan.

2Bước 2: Tính số mol chất tan:

n = \frac{5{,}85}{58{,}44} = 0{,}1001\ \text{mol}

Nồng độ molan (molality) được định nghĩa theo khối lượng dung môi tính bằng kilogam, không phải theo thể tích dung dịch:

m = \frac{n}{m_{\text{solvent}}} = \frac{0{,}1001}{0{,}2500} = 0{,}400\ \text{mol·kg}^{-1}

Chi tiết đáng nhớ ở đây là mẫu số

0{,}2500\ \text{kg}

chỉ là khối lượng nước, tuyệt đối không cộng thêm

5{,}85\ \text{g}

NaCl vào.

3Bước 3: Vì NaCl phân li thành

\text{Na}^{+}

và

\text{Cl}^{-}

nên mỗi mol chất tan cho hai mol hạt, tức hệ số van't Hoff (van't Hoff factor)

i = 2

. Độ giảm nhiệt độ đông đặc (freezing-point depression) tính theo

\Delta T_f = i\,K_f\,m = 2 \times 1{,}86 \times 0{,}400 = 1{,}49\ ^\circ\text{C}

Giá trị này cho biết dung dịch đông đặc thấp hơn nước nguyên chất

1{,}49\ ^\circ\text{C}

, nên

T_f = 0{,}00 - 1{,}49 = -1{,}49\ ^\circ\text{C}

4Bước 4: Còn lại câu hỏi vì sao

K_f

thuộc về dung môi. Hiện tượng hạ nhiệt độ đông đặc xảy ra do các hạt chất tan xen vào giữa các phân tử dung môi và cản trở chúng sắp xếp thành mạng tinh thể, nên cái bị ảnh hưởng là quá trình kết tinh của chính dung môi. Bản chất hóa học của chất tan không đi vào biểu thức: nó chỉ đóng góp qua số hạt, tức qua

i

và

m

. Vì vậy mọi dung dịch nước loãng đều dùng chung

K_f = 1{,}86

, trong khi benzen hay long não lại có giá trị khác hẳn.

Nước là dung môi và NaCl là chất tan; dung dịch có nồng độ $0{,}400\ \text{mol·kg}^{-1}$ và đông đặc ở $-1{,}49\ ^\circ\text{C}$ . Điểm mấu chốt của bài là mọi đại lượng trong bài toán tính chất tập hợp đều quy về dung môi: mẫu số của nồng độ molan là khối lượng dung môi, và hằng số $K_f$ là đặc trưng riêng của dung môi.