Theo thuyết bronstet Al3+ trong nước có tính chất axit,base,trung tính?
Bước 1: Nhắc lại kiến thức cốt lõi về thuyết Brønsted-Lowry
Trước hết, chúng ta hãy cùng nhau nhớ lại định nghĩa axit và base theo thuyết Brønsted-Lowry mà mình đã học trong sách giáo khoa:
– Axit là chất cho proton (ion H⁺).
– Base (bazơ) là chất nhận proton (ion H⁺).
Bước 2: Phân tích hiện tượng khi ion Al³⁺ tan trong nước
Nhiều em sẽ thắc mắc, ion Al³⁺ không có nguyên tử H trong thành phần, vậy làm sao nó có thể cho proton (H⁺) để thể hiện tính axit được? Đây là một câu hỏi rất hay và mấu chốt của vấn đề nằm ở chữ “trong nước”.
Khi muối nhôm tan vào nước, ion Al³⁺ sẽ bị các phân tử nước bao quanh, gọi là quá trình hydrat hóa. Ion Al³⁺ có điện tích lớn là \(+3\) nhưng bán kính ion lại nhỏ, nên nó hút các phân tử nước (vốn có tính phân cực) một cách rất mạnh mẽ. Cụ thể, đầu âm của phân tử nước (là nguyên tử Oxi) sẽ bị hút về phía ion Al³⁺ mang điện dương.
Khi đó, ion Al³⁺ tồn tại trong dung dịch dưới dạng ion đã hydrat hóa, thường được viết là \([Al(H_2O)_6]^{3+}\). Tuy nhiên, để đơn giản, chúng ta có thể hình dung ion Al³⁺ tương tác trực tiếp với các phân tử nước xung quanh nó.
Bước 3: Giải thích sự cho và nhận proton (H⁺)
Do sức hút electron rất mạnh của ion Al³⁺, nó sẽ làm cho các liên kết O-H trong phân tử nước bị nó hút vào trở nên phân cực hơn và yếu đi.
Sự phân cực này làm cho nguyên tử Hydro trong phân tử nước đó trở nên linh động hơn và có khả năng tách ra dưới dạng ion H⁺.
Chính phân tử nước bị Al³⁺ hút này sẽ đóng vai trò là một axit Brønsted, vì nó có khả năng nhường proton H⁺ cho một phân tử nước khác ở gần đó (phân tử nước này đóng vai trò là một base Brønsted).
Chúng ta có thể viết phương trình điện li của Al³⁺ trong nước như sau:
\[ Al^{3+} + H_2O \rightleftharpoons [Al(OH)]^{2+} + H^+ \]
Phương trình này cho thấy Al³⁺ khi tương tác với nước đã làm cho nước phân li ra ion H⁺.
Hoặc viết một cách đầy đủ hơn với sự tham gia của phân tử nước thứ hai (đóng vai trò base nhận H⁺):
\[ Al^{3+} + 2H_2O \rightleftharpoons [Al(OH)]^{2+} + H_3O^+ \]
Bước 4: Kết luận
Sự có mặt của ion H⁺ (hay H₃O⁺) được tạo ra trong quá trình trên làm cho nồng độ ion H⁺ trong dung dịch tăng lên, dẫn đến dung dịch có môi trường axit (có pH < 7).
Vì vậy, theo thuyết Brønsted-Lowry, khi ở trong nước, ion Al³⁺ đã gây ra một quá trình làm phát sinh proton H⁺, thể hiện tính chất axit.
KẾT LUẬN CUỐI CÙNG: Theo thuyết Brønsted-Lowry, Al³⁺ trong nước có tính axit.
Đây là một ví dụ điển hình về tính axit của cation kim loại bị hydrat hóa. Các em có thể gặp các trường hợp tương tự với các ion như Fe³⁺, Cu²⁺… Hi vọng phần giải thích chi tiết này sẽ giúp các em hiểu rõ và vận dụng tốt kiến thức đã học. Chúc các em học tốt
Đáp án + Giải thích các bước giải:
Thuyết acid- base của Bronsted thực chất là mở rộng của thuyết acid- base của Arrhenius. Trong đó, acid là những chất có khả năng nhường proton cho chất khác và base là chất có khả năng nhận proton của chất khác.
Trong môi trường nước, cation \(Al^{3+}\) tồn tại dưới dạng phức \([Al(H_2O)_6]^{3+}\) phân li theo phương trình sau:
\([Al(H_2O)_6]^{3+}+H_2O\rightleftharpoons [Al(H_2O)_5(OH)]^{2+}+H_3O^{+}\)
Trong phương trình trên, \([Al(H_2O)_6]^{3+}\) nhường proton tạo thành \( [Al(H_2O)_5(OH)]^{2+}\) nên mang tính acid.
Theo thuyết Bronstet – Lowry ta giải thích như sau :
\(-\) Các kim loại trung bình \(,\) yếu như : \(Al^(3+)\) \(,\) \(Cu^(2+)\) \(,\) \(Zn^(2+)\) \(,\) \(…\) sẽ bị thủy phân trong môi trường acid .
\(-\) Nhận biết : nhìn vào số ion là \(3+\) của \(Al^(3+)\) ta sẽ có \(3\) quá trình phân ly (thủy phân) :
\(Al^(3+)+H_2O\) \(\rightleftharpoons\) \([AlOH]^(2+)+H^(+)\)
\([AlOH]^(2+)+H_2O\) \(\rightleftharpoons\) \([Al(OH)_2]^(+)+H^(+)\)
\([Al(OH)_2]^(+)+H_2O\) \(\rightleftharpoons\) \(Al(OH)_3\downarrow+H^(+)\)