Axit là gì? Khái niệm, phân loại, tính chất và ứng dụng thực tế

Có thể bạn đã nghe nhiều về axit bởi chúng xuất hiện ở khắp nơi trong đời sống. Mỗi loại axit đều có vai trò riêng góp phần quan trọng trong đời sống và sản xuất công nghiệp. Vậy, axit là gì? phân loại axit thế nào? các axit nào được dùng phổ biến nhất? Hãy cùng KPTCHEM tìm hiểu ngay nhé!

Axit là gì? Ảnh: The Chemistry Blog.

Chắc hẳn khi nghe đến từ “axit”, nhiều người trong chúng ta sẽ lập tức liên tưởng đến những chất ăn mòn mạnh, những vụ tai nạn hóa chất đáng sợ, hay các cảnh phim căng thẳng với chất lỏng sôi sục trong ống nghiệm. Cảm giác lo ngại, xa lánh dường như đã ăn sâu vào suy nghĩ của nhiều người mỗi khi nhắc đến axit. Tuy nhiên, sự thật lại “không chua chát” như trong tưởng tượng! Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu hơn axit là gì và biết thêm về các axit nguy hiểm mà nhiều người luôn xem là “nỗi ám ảnh” thực ra lại được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống hàng ngày.

Axit là các hợp chất hóa học có độ pH nhỏ hơn 7, chúng có vị chua hoặc chát đặc trưng và làm thay đổi màu của một số chất chỉ thị (làm quỳ tím hóa đỏ), phản ứng với một số kim loại (sắt, kẽm) để giải phóng hydro, phản ứng với bazơ để tạo thành muối và nước,…

Để phân loại axit, người ta có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau dựa trên thành phần cấu tạo, tính chất hóa học, khả năng phân ly, nguồn gốc và nhiều tiêu chí khác. Dưới đây, bạn có thể tham khảo một số cách phân loại axit phổ biến nhất trong hóa học.

Phân loại axit theo thành phần nguyên tố

Một trong những phương pháp phân loại axit phổ biến trong hóa học phổ thông là dựa trên số lượng và loại nguyên tố hóa học cấu thành nên phân tử axit. Cách phân loại này giúp phân biệt rõ giữa các axit chỉ gồm hai nguyên tố (thường là hiđro và một phi kim) với các axit chứa ba nguyên tố trở lên (trong đó có oxi). Nhờ đó, ta có thể dễ dàng nhận diện và dự đoán tính chất hóa học cơ bản của từng loại axit, từ mức độ phân ly đến ứng dụng trong thực tế.

1. Axit nhị phân (axit không có oxy)

Các axit được gọi là nhị phân vì chúng được tạo thành từ hai nguyên tố, được hình thành từ các anion đơn nguyên tử của họ halogen (nhóm 7A). Các anion florua (F^-), clorua (Cl^-), bromua (Br^-) và iodua (I^-) kết hợp với một ion hydro, (H⁺) để tạo thành axit flohydric (HF), axit clohydric (HCl), axit bromhydric (HBr) và axit hydroiodic (HI).

2. Axit ba nguyên tử (axit có oxy)

Một axit được gọi là ba nguyên tử khi chúng được tạo thành từ ba nguyên tố. Các axit này được hình thành từ các anion đa nguyên tử như sunfat (SO4^2-), nitrat (NO3^-), cacbonat (CO3^2-) và photphat (PO4^3-). Trong đó, các anion sunfat và cacbonat kết hợp với hai ion hydro và tạo thành axit sunfuric (H2SO4) và axit cacbonic (H2CO3). Ion nitrat kết hợp với một ion hydro và tạo thành axit nitric (HNO3), và anion photphat kết hợp với ba ion hydro để tạo thành axit photphoric (H3PO4).

Phân loại theo số lượng nguyên tử H có thể phân ly (số nấc)

Dựa trên số nguyên tử hiđro (H) có khả năng phân ly thành ion H⁺ trong dung dịch, axit được chia thành các nhóm theo số nấc phân ly. Mỗi nấc tương ứng với một lần phân ly ra ion H⁺, và số nấc này phản ánh mức độ cho proton của axit – một yếu tố quan trọng trong đánh giá tính chất và ứng dụng của axit đó.

1. Axit một nấc: Chỉ phân ly ra 1 ion H⁺ trong dung dịch. Thường là axit mạnh hoặc trung bình, đơn giản về mặt cấu trúc và phản ứng. Ví dụ:

• HCl → H⁺ + Cl^⁻
• HNO3 → H⁺ + NO3^⁻
• CH3COOH ⇌ H⁺ + CH3COO^-

2. Axit hai nấc: Có thể phân ly ra 2 ion H⁺ qua hai giai đoạn (hai nấc). Nấc phân ly thứ hai thường yếu hơn nấc đầu tiên. Ví dụ:

- H2SO4:

• Nấc 1: H2SO4 → H⁺ + HSO4^- (mạnh)
• Nấc 2: HSO4^- ⇌ H⁺ + SO4^2- (yếu)

- H2CO3:

• Nấc 1: H2CO3 ⇌ H⁺ + HCO3^⁻
• Nấc 2: HCO3^⁻ ⇌ H⁺ + CO3^2-

3. Axit ba nấc: Có thể phân ly ra 3 ion H⁺ theo ba nấc tuần tự. Nấc sau yếu hơn nấc trước, thường là axit yếu. Ví dụ: H3PO4:

• Nấc 1: H3PO4 ⇌ H⁺ + H2PO4^⁻
• Nấc 2: H2PO4^⁻ ⇌ H⁺ + HPO4^2⁻
• Nấc 3: HPO4^2- ⇌ H⁺ + PO4^3-

Phân loại theo độ mạnh (khả năng phân ly trong nước)

Dựa trên mức độ phân ly ion H⁺ trong dung dịch nước mà axit được chia thành ba nhóm chính gồm: axit mạnh, axit yếu và axit rất yếu. Trong đó:

1. Axit mạnh

HCl, H2SO4, HNO3,... được phân loại là các axit mạnh bởi khả năng phân ly hoàn toàn trong dung dịch nước, pH rất thấp (thường < 3), chỉ số Ka rất lớn. Chúng có tính ăn mòn cao, phản ứng nhanh và mạnh với bazơ, kim loại, da và các hợp chất có tính kiềm.

Dung dịch Axit Sunfuric - một trong những axit vô cơ mạnh nhất. Ảnh: Shutter Stock.

2. Axit yếu

Là những axit chỉ phân ly một phần trong nước, pH trung bình (3-6) không gây nguy hiểm cao như axit mạnh, thích hợp cho các ứng dụng sinh học, ăn uống, công nghiệp thực phẩm hoặc dược phẩm. Các axit yếu phổ biến như axit axetic (có trong giấm trắng), axit lactic,...

3. Axit rất yếu

Bao gồm: HClO, H3BO3, C5H4N4O3,... được xếp loại là axit yếu bởi chúng không phân ly hoặc phân ly cực kỳ kém trong dung dịch nước. Chúng không gây nguy hiểm và không ăn mòn như axit mạnh, và không làm đổi màu quỳ tím.

Phân loại theo nguồn gốc

Một cách phân loại quan trọng và phổ biến khác trong hóa học là dựa trên nguồn gốc và bản chất cấu trúc của phân tử axit. Theo đó, axit được chia thành hai nhóm chính: axit vô cơ và axit hữu cơ.

1. Axit vô cơ

Là các axit không chứa cấu trúc gốc hydrocarbon (gốc hữu cơ), thường được tạo thành từ các nguyên tố phi kim và tồn tại chủ yếu trong tự nhiên hoặc được tổng hợp từ khoáng chất. Các hợp chất hóa học này có cấu tạo đơn giản, dễ phân ly trong nước, có thể là axit có oxi (ví dụ: HNO3, H2SO4, H3PO4) hoặc không có oxi (ví dụ: HCl, HF), tính axit có thể rất mạnh và thường ăn mòn mạnh, nguy hiểm khi tiếp xúc trực tiếp.

2. Axit hữu cơ

Là các axit có chứa nguyên tử carbon (C), thường gắn với nhóm chức –COOH (axit cacboxylic) hoặc các nhóm có khả năng cho H⁺ khác. Nguồn gốc thường là từ sinh vật (ví dụ: CH3COOH, C3H6O3, C6H8O7, CH2O2) hoặc tổng hợp hữu cơ (C4H4O4, C6H5COOH).

Chúng có đặc điểm chung là chứa gốc hữu cơ (gốc hydrocarbon), tính axit thường yếu hơn axit vô cơ, dễ phân hủy sinh học, thân thiện môi trường hơn. Vì vậy, các axit hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong sinh học, dược phẩm, công nghệ thực phẩm.

Ứng dụng của axit trong thực tiễn

Axit không phải lúc nào cũng gắn liền hình ảnh những chất ăn mòn mạnh, nguy hiểm và thường chỉ xuất hiện trong phòng thí nghiệm hoặc nhà máy hóa chất, mà thực tế đã “len lỏi” vào đời sống chúng ta. Chúng hiện diện âm thầm nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều mặt của cuộc sống thường ngày từ những món ăn quen thuộc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân cho đến lĩnh vực y tế, công nghiệp, và cả bảo vệ môi trường. Hãy cùng tìm hiểu xem axit  như thế nào nhé!

Các axit là một phần không thể thiếu trong đời sống với nhiều ứng dụng quan trọng. Ảnh: Google.

Dùng làm hương vị và bảo quản thực phẩm

Nếu từng nếm một miếng chanh, bạn chắc chắn sẽ cảm nhận được vị chua đặc trưng, đó chính là dấu hiệu rõ ràng nhất của axit trong thực phẩm. Trong thế giới ẩm thực, axit không chỉ mang đến hương vị mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản và kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm. Các loại axit hữu cơ như axit citric (có trong cam, chanh, bưởi), axit acetic (trong giấm ăn), axit lactic (trong sữa chua, dưa muối) hay axit malic (trong táo) đều góp phần tạo nên mùi vị đặc trưng của món ăn. Chúng giúp cân bằng vị giác, kích thích cảm giác ngon miệng, làm dịu vị béo hoặc mặn quá mức, và tạo nên những trải nghiệm ẩm thực hài hòa hơn.

• Axit citric: thường được sử dụng trong các loại nước giải khát, bánh kẹo, siro, hoặc thậm chí cả thực phẩm đóng hộp.
• Axit acetic giúp món ăn thêm đậm đà, ngoài ra còn có khả năng kháng khuẩn nhẹ, giúp bảo quản rau củ ngâm chua và hỗ trợ tiêu hóa.
• Axit lactic được tạo ra trong quá trình lên men sữa, không chỉ tạo vị chua đặc trưng cho sữa chua mà còn giúp cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột, hỗ trợ hệ tiêu hóa khỏe mạnh.

Bên cạnh vai trò làm gia vị tự nhiên, axit còn là một “người bảo vệ thầm lặng” trong ngành thực phẩm. Nhờ đặc tính ức chế vi sinh vật và làm giảm độ pH, axit giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây hại giúp làm chậm quá trình hư hỏng. Đó là lý do vì sao các sản phẩm như giấm chua, dưa muối, xúc xích, nước ép trái cây hay thậm chí một số loại bánh kẹo đều sử dụng axit (tự nhiên hoặc tổng hợp) để tăng thời hạn sử dụng.

Không chỉ vậy, một số axit còn giúp duy trì màu sắc và kết cấu thực phẩm. Chẳng hạn, khi thêm vài giọt chanh vào lát táo mới gọt, bạn đang dùng axit citric để ngăn quá trình oxy hóa khiến táo bị thâm đen. Đây là một ứng dụng nhỏ nhưng rất phổ biến trong chế biến và bảo quản thực phẩm tại nhà.

Ứng dụng trong vệ sinh và làm sạch

Không chỉ tồn tại trong các phòng thí nghiệm hay nhà máy hóa chất, các hợp chất axit chúng thực sự hiện diện rất nhiều trong đời sống sinh hoạt của chúng ta và giữ vai trò vô cùng quan trọng. Cụ thể, chúng là thành phần chính trong các sản phẩm từ hóa chất vệ sinh công nghiệp đến chất tẩy rửa gia dụng chăm sóc nhà cửa, từ nhà bếp đến phòng tắm, từ giấm ăn đến nước lau sàn. Nhờ những tính chất hóa học riêng biệt, các chất có độ pH thấp này đã và đang góp phần giúp ngôi nhà sạch hơn, an toàn hơn và tiện nghi hơn mỗi ngày.

Một trong những ví dụ quen thuộc nhất là axit axetic - thành phần chính của giấm ăn. Ngoài việc dùng để nêm nếm món ăn, giấm còn là nguyên liệu làm sạch tự nhiên rất hiệu quả. Nhờ đặc tính kháng khuẩn và khử mùi, giấm thường được sử dụng để lau bếp, làm sạch kính, khử mùi lò vi sóng, thậm chí khử cặn ấm nước. Đây là minh chứng rõ ràng cho việc axit có thể thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe nếu biết sử dụng đúng cách.

Một axit phổ biến khác trong các sản phẩm tẩy rửa là axit citric. Loại axit hữu cơ này thường được chiết xuất và đưa vào thành phần của viên tẩy rửa bồn cầu, nước lau sàn, chất tẩy cặn bám vòi sen, máy giặt, máy rửa chén… giúp làm mềm nước cứng, đánh bay các mảng bám canxi và làm sáng bóng bề mặt gốm sứ hoặc inox mà không gây ăn mòn mạnh như một số chất tẩy rửa hóa học mạnh khác.

Trong những sản phẩm mạnh hơn, như nước thông cống, chất tẩy bồn cầu hay hóa chất tẩy rửa công nghiệp, người ta thường sử dụng axit clohydric (HCl) hoặc axit sulfuric (H₂SO₄) ở nồng độ thấp. Những loại axit này giúp làm tan các chất hữu cơ bị tắc nghẽn trong đường ống, đồng thời diệt khuẩn và khử mùi hiệu quả. Đặc biệt, axit H₂SO₄ là thành phần có khả năng phân hủy mạnh các chất hữu cơ, giúp làm sạch đường ống bị nghẹt hoặc cặn bám lâu ngày. Tuy nhiên, do tính ăn mòn rất cao, loại axit này được kiểm soát chặt chẽ trong sử dụng dân dụng và thường chỉ có mặt trong các sản phẩm chuyên dụng. Người dùng cần cực kỳ cẩn trọng, tránh tiếp xúc trực tiếp với da hoặc hít phải hơi của nó.

Ngoài ra, các axit có tính tẩy rửa nhẹ như axit lactic còn góp mặt một cách nhẹ nhàng hơn trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân, đơn cử là sữa rửa mặt dịu nhẹ hoặc dung dịch vệ sinh phụ nữ. Loại axit này giúp làm sạch mà vẫn giữ được độ pH cân bằng tự nhiên cho làn da.

Trong lĩnh vực y tế và chăm sóc cá nhân

Trong y học, axit được sử dụng để điều chế nhiều loại thuốc và sản phẩm điều trị. Ví dụ, axit acetylsalicylic, hay còn gọi là aspirin, là một loại thuốc giảm đau, hạ sốt và chống viêm phổ biến trên toàn thế giới. Một ví dụ khác là axit folic (một vitamin nhóm B quan trọng) thường được bổ sung cho phụ nữ mang thai để hỗ trợ sự phát triển não bộ và tủy sống của thai nhi. Một số loại axit amin dù không mang tính axit mạnh như trong hóa học truyền thống lại là nền tảng cho việc cấu tạo nên protein trong cơ thể và được dùng trong các sản phẩm dinh dưỡng y khoa.

Bên cạnh đó, nhiều loại axit cũng đang “ẩn mình” trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân mà bạn sử dụng hàng ngày. Axit salicylic là một cái tên quen thuộc trong các sản phẩm trị mụn, nhờ khả năng làm sạch lỗ chân lông và giảm viêm. Axit hyaluronic lại nổi bật với khả năng giữ ẩm vượt trội, thường có mặt trong các loại serum dưỡng da, kem chống lão hóa. Ngoài ra, axit glycolic và axit lactic (thuộc nhóm AHA) được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm tẩy da chết hóa học, giúp làm sáng da, cải thiện kết cấu bề mặt và thúc đẩy quá trình tái tạo da.

Điều thú vị là dù các axit trong mỹ phẩm có nguồn gốc hóa học, nhưng rất nhiều trong số đó được chiết xuất từ thiên nhiên, ví dụ như axit citric từ trái cây họ cam chanh hay axit lactic từ sữa. Khi được sử dụng đúng nồng độ và theo hướng dẫn chuyên môn, những axit này không chỉ an toàn mà còn mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho sức khỏe làn da và cơ thể.

Các hợp chất axit giữ vai trò “xương sống” trong công nghiệp

Nếu trong đời sống, axit thể hiện sự “nhẹ nhàng” và gần gũi, thì trong lĩnh vực công nghiệp, axit không chỉ là một loại hóa chất đơn thuần mà còn được xem là yếu tố nồng cốt góp phần vào hàng loạt quy trình sản xuất quan trọng. Mỗi loại axit đều có vai trò riêng, tùy thuộc vào tính chất hóa học của chúng, từ khả năng ăn mòn kim loại đến tính oxy hóa mạnh hay khả năng phản ứng với các hợp chất khác.

Ví dụ, một trong những “vua hóa chất” được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp là axit sulfuric (H₂SO₄). Đây được xem là “xương sống” của nền công nghiệp hiện đại. Axit sulfuric được dùng để sản xuất phân bón (như super photphat, amoni sunfat), chế tạo chất tẩy rửa công nghiệp, tinh luyện dầu mỏ, và cả trong ngành luyện kim để làm sạch bề mặt kim loại trước khi mạ hoặc hàn. Hay axit clohydric (HCl), một axit vô cơ mạnh thường được sử dụng để làm sạch bề mặt kim loại (chống gỉ), xử lý nước và sản xuất các hợp chất vô cơ khác. Đặc biệt trong ngành công nghiệp khai khoáng, HCl giúp hòa tan quặng để tách chiết kim loại.

Bên cạnh đó, nhiều loại hợp chất axit khác cũng góp phần quan trọng trong công nghiệp như axit nitric (HNO₃) cũng giữ vai trò quan trọng trong sản xuất thuốc nổ, phân đạm (như amoni nitrat) và trong ngành công nghiệp nhựa tổng hợp. Do có tính oxy hóa mạnh, axit nitric còn được dùng để chế tạo phẩm nhuộm, thuốc nhuộm và trong quy trình khắc mạch điện tử. Axit phosphoric (H₃PO₄) vừa được dùng trong công nghiệp thực phẩm (như phụ gia tạo vị chua trong nước ngọt), vừa là nguyên liệu chính để sản xuất phân bón phốt-phat. Axit hydrofluoric (HF): có khả năng ăn mòn kính nên được dùng trong khắc kính, làm sạch bề mặt bán dẫn và xử lý thép không gỉ.

Axit và bảo vệ môi trường

Dù nghe có vẻ trái ngược bởi “hình ảnh” axit thường gắn liền với tính ăn mòn và độc hại, nhưng khi được sử dụng đúng cách và kiểm soát cẩn thận, chúng lại có thể góp phần tích cực trong việc làm sạch môi trường sống của chúng ta.

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là dùng axit để điều chỉnh pH trong xử lý nước thải. Nhiều loại nước thải công nghiệp hoặc sinh hoạt có tính kiềm cao, nếu xả ra môi trường mà không được trung hòa có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái nước. Trong trường hợp này, các axit như axit sulfuric (H₂SO₄) hoặc axit hydrochloric (HCl) sẽ được sử dụng với liều lượng phù hợp để cân bằng độ pH về mức trung tính, giúp nước thải an toàn hơn trước khi thải ra ngoài môi trường.

Ngoài ra, axit còn được dùng để làm tan kết tủa vô cơ hoặc các loại cặn bám trong đường ống, hệ thống xử lý nước. Ví dụ, các mảng bám chứa canxi và magie có thể được làm sạch bằng axit nhẹ như axit citric hoặc axit acetic. Điều này giúp duy trì hiệu suất của hệ thống và kéo dài tuổi thọ thiết bị, đồng thời đảm bảo nước không bị nhiễm bẩn do các chất tích tụ lâu ngày.

Hay trong xử lý rác thải nguy hại, axit cũng có mặt trong quy trình trung hòa hóa học. Nhiều loại chất thải chứa bazơ mạnh, nếu không được trung hòa trước khi xử lý có thể gây ra phản ứng hóa học nguy hiểm. Axit đóng vai trò “đối trọng”, giúp đưa các chất này về trạng thái ổn định hơn, dễ xử lý và ít gây hại cho môi trường xung quanh.

Ngoài ra, một số axit hữu cơ như axit lactic hay axit formic còn được nghiên cứu và ứng dụng trong các chế phẩm sinh học, có khả năng ức chế vi khuẩn gây mùi hoặc làm chậm quá trình phân hủy rác hữu cơ, góp phần cải thiện vệ sinh môi trường, đặc biệt trong các bãi rác hoặc khu xử lý chất thải tập trung.