Làm cách nào để phân biệt axit và bazơ?

Axit và bazơ là hai khái niệm nền tảng và quan trọng bậc nhất trong hóa học. Chúng không chỉ xuất hiện thường xuyên trong các phản ứng hóa học, mà còn hiện diện rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Việc hiểu rõ tính chất, vai trò và cách axit - bazơ tương tác với nhau không chỉ giúp người học nắm vững kiến thức hóa học cơ bản, mà còn mở ra cánh cửa giải thích nhiều hiện tượng tự nhiên và ứng dụng thực tiễn phong phú.

Sự khác biệt giữa axit và bazơ là gì?

Mặc dù cả hai có những điểm tương đồng như tính ăn mòn hay đều ảnh hưởng đến độ pH của dung dịch, nhưng chúng lại hoàn toàn khác nhau.

Có 3 lý thuyết chính định nghĩa về axit và bazơ, bao gồm thuyết Arrhenius, Brønsted-Lowry và Lewis. Trong đó, thuyết Arrhenius định nghĩa axit là những chất khi hòa tan trong nước sẽ giải phóng ion H⁺ (hay chính xác hơn là ion H3O⁺), trong khi bazơ là những chất khi hòa tan trong nước tạo ra ion OH^-. Đây là định nghĩa cơ bản và dễ hiểu nhất, thường chỉ dùng để giải thích các hiện tượng trong dung dịch nước.

• HCl → H⁺ + Cl^-
• NaOH → Na⁺ + OH^-

Mở rộng hơn, theo thuyết Brønsted-Lowry, axit được hiểu là chất cho proton (H⁺), còn bazơ là chất nhận proton. Định nghĩa này không giới hạn trong dung dịch nước mà áp dụng rộng hơn trong các phản ứng hóa học, kể cả trong môi trường không có nước.

• CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO^- + H3O⁺
• NH3 + H2O ⇌ NH4⁺ + OH^-

Cuối cùng, theo thuyết Lewis, axit là chất nhận cặp electron để tạo liên kết cộng hóa trị, còn bazơ là chất cho cặp electron. Định nghĩa này bao quát nhất, giúp giải thích các phản ứng axit bazơ không dựa trên sự trao đổi proton mà dựa trên sự trao đổi electron, bao gồm cả hóa học hữu cơ và vô cơ.

• BF3 (thiếu electron) là axit Lewis.
• NH3 là bazơ Lewis vì có cặp e tự do.

Tính chất vật lý:

Axit là những chất có nhiều tính chất đặc trưng dễ nhận biết, đơn cử vị chua là một dấu hiệu quen thuộc có thể nhận thấy rõ qua các hợp chất tự nhiên như axit citric trong chanh hay axit axetic trong giấm ăn. Một số axit còn có mùi đặc trưng, chẳng hạn axit axetic có mùi chua cay khá dễ nhận biết.

Ngược lại, bazơ là nhóm hợp chất có những đặc điểm đối lập với axit. Chẳng hạn, bazơ thường có vị đắng, cảm giác trơn hoặc nhờn khi tiếp xúc với da, do chúng phản ứng nhẹ với chất béo tạo ra xà phòng. Một ví dụ quen thuộc là dung dịch xút (NaOH) thường gây cảm giác trơn khi chạm vào.

Khả năng dẫn điện:

Trong dung dịch nước, axit phân ly tạo ion H+, giúp dung dịch dẫn điện tốt. Các axit mạnh như axit HCl hay H2SO4 phân ly hoàn toàn, cho khả năng dẫn điện cao và phản ứng hóa học mạnh mẽ, trong khi axit yếu như CH3COOH chỉ phân ly một phần, phản ứng chậm hơn và ít dẫn điện hơn. Nhiều axit có tính ăn mòn cao, có thể gây hại cho mô sống hoặc ăn mòn kim loại, nhất là trong dạng đậm đặc như H2SO4 đặc hay HNO3.

Bazơ phân ly trong nước tạo ion OH⁻, từ đó làm cho dung dịch có khả năng dẫn điện. Mức độ dẫn điện phụ thuộc vào độ mạnh của bazơ: bazơ mạnh như NaOH và KOH phân ly hoàn toàn nên dẫn điện tốt, trong khi bazơ yếu như NH3 chỉ phân ly một phần nên dẫn điện yếu hơn.

Axit va bazơ là những hợp chất hóa học có tính chất hoàn toàn trái ngược nhau. Ảnh: Threads.

Tính chất hóa học:

Axit phản ứng với nhiều loại chất khác nhau một cách rõ rệt. Chẳng hạn như khi tiếp xúc với các chất chỉ thị, axit làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ, không làm đổi màu phenolphthalein (vẫn giữ màu không màu) và làm giấy pH đổi sang màu cam hoặc đỏ tùy theo độ mạnh; với kim loại như kẽm, sắt, magie… làm giải phóng khí hydro; với muối của bazơ yếu tạo ra axit yếu hơn hoặc khí như CO2.

Ngược lại, bazơ cũng có những điểm đặc trưng giúp phân biệt rõ ràng với axit như làm quỳ tím chuyển sang màu xanh và làm phenolphthalein chuyển sang màu hồng đặc trưng. Phản ứng giữa bazơ với oxit axit (SO2, CO2) thường được ứng dụng trong xử lý khí thải công nghiệp. Một điểm đặc biệt nữa là một số bazơ còn có khả năng kết hợp với muối để tạo ra bazơ mới và muối mới, hiện tượng này thường xảy ra khi bazơ tác dụng với muối của kim loại yếu hơn. Ví dụ, khi NaOH phản ứng với CuSO4, kết tủa Cu(OH)2 sẽ xuất hiện cùng với muối Na2SO4 tan trong nước.

Phân loại:

Mức độ mạnh hay yếu của axit thường được biểu thị qua thang đo pH, trong đó môi trường axit có pH nhỏ hơn 7. Càng gần về 0 thì axit càng mạnh, cho thấy mức độ phân ly và tính hoạt động hóa học cao. Tính chất này không chỉ giúp phân loại axit mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các phản ứng hóa học cũng như các quá trình sinh học và môi trường trong thực tế. Các axit mạnh phổ biến gồm H2SO4, HCl, HNO3,… và axit yếu tiêu biểu như axit CH3COOH.

Bazơ cũng có thể được phân loại dựa trên độ mạnh. Bazơ mạnh là những chất phân ly hoàn toàn trong nước, cho nồng độ ion OH⁻ cao và phản ứng mạnh, điển hình như NaOH, KOH, Ba(OH)2. Trong khi đó, bazơ yếu như NH3 chỉ phân ly một phần và phản ứng chậm hơn. Độ bazơ còn liên quan đến giá trị pH: dung dịch bazơ có pH lớn hơn 7, càng cao thì tính bazơ càng mạnh. Đặc biệt, các bazơ tan được trong nước gọi là kiềm, đây là dạng bazơ phổ biến nhất trong thực tế vì khả năng ứng dụng linh hoạt của chúng.

Làm cách nào để phân biệt axit và bazơ?

Mặc dù chúng có tính chất hóa học rõ ràng, nhưng vì tính chất quan trọng của nó nên trong thực tế người ta sẽ sử dụng một số phương pháp (chất chỉ thị, vật lý, hóa học) để nhận biết một cách nhanh chóng và chính xác.

Dùng chất chỉ thị

Đây là cách đơn giản và phổ biến nhất được dùng để phân biệt axit và bazơ. Các chất chỉ thị được lựa chọn là những hợp chất có khả năng thay đổi màu sắc tùy theo độ pH của môi trường. Mỗi loại chất chỉ thị có dải màu đặc trưng, giúp chúng ta nhanh chóng xác định được một dung dịch là axit, bazơ hay trung tính mà không cần dùng đến thiết bị đo chuyên dụng.

Quỳ tím vốn đã rất quen thuộc với chúng ta và là một trong những chất chỉ thị thông dụng nhất. Khi tiếp xúc với dung dịch axit, quỳ tím chuyển sang màu đỏ; trong môi trường bazơ, nó chuyển sang màu xanh; còn với dung dịch trung tính như nước cất, quỳ vẫn giữ màu tím nguyên bản. Đây là phương pháp dễ quan sát và thường được áp dụng trong thực hành hóa học cơ bản.

Tương tự là phenolphthalein, đặc biệt hữu ích trong các thí nghiệm chuẩn độ. Trong dung dịch axit, phenolphthalein không màu, nhưng khi pH tăng và trở nên bazơ (thường từ pH ≈ 8 trở lên), nó chuyển sang màu hồng. Nhờ vào sự thay đổi rõ rệt này, phenolphthalein thường được dùng để xác định điểm kết thúc trong thí nghiệm trung hòa axit và bazơ.

Một chất chỉ thị hiện đại hơn là giấy pH hoặc quỳ pH đa sắc, cho phép xác định được dải pH rộng từ 0 đến 14. Khi nhúng vào dung dịch, giấy đổi màu tùy thuộc vào pH, sau đó được so sánh với bảng màu đi kèm để đọc ra giá trị pH tương ứng. Nếu pH < 7, đó là môi trường axit; pH > 7 là bazơ; còn pH ≈ 7 là trung tính.

Dùng các chất chỉ thị là cách phân biệt dung dịch axit/bazơ đơn giản nhất. Ảnh: BBC.

Dùng cảm quan

Được thực hiện bằng cách dùng nếm trực tiếp và cảm nhận, axit thường có vị chua trong khi bazơ lại có vị đắng. Hoặc cảm giác khi tiếp xúc với da, bazơ thường tạo cảm giác trơn nhớt do chúng xảy ra hiện tượng xà phòng hóa khi tiếp xúc với chất béo trên da, ngược lại axit không tạo cảm giác trơn nhưng có thể gây rát hoặc bỏng tùy theo nồng độ.

Mặc dù cách thực hiện tương đối đơn giản, tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp này để nhận biết một hợp chất bất kỳ không được khuyến khích trong phòng thí nghiệm bởi cách làm này có thể gây nguy hiểm.

Dùng thiết bị đo chuyên dụng

Axit và bazơ được phân loại theo cách chúng hoạt động trong dung dịch. Vì vậy, sử dụng máy đo pH điện tử có thể cho giá trị số chính xác: dung dịch axit có pH < 7, còn dung dịch bazơ có pH > 7. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong kiểm tra chất lỏng không màu hoặc các dung dịch mà mắt thường không thể phân biệt được.

Phương pháp hóa học

Dựa vào các phản ứng đặc trưng mà chỉ axit hoặc chỉ bazơ mới xảy ra. Đây là cách phân biệt axit bazo cho kết quả rõ ràng mà còn mang tính trực quan, dễ áp dụng trong thực tiễn cũng như trong thí nghiệm.

Một trong những phương pháp đơn giản nhất là cho các dung dịch thử tác dụng với kim loại hoạt động như kẽm (Zn), sắt (Fe), magie (Mg),… Trong điều kiện thường, chỉ axit có khả năng phản ứng với kim loại để giải phóng khí hydro. Chẳng hạn, nếu cho một kim loại vào dung dịch và thấy bọt khí nổi lên (do H2 thoát ra), ta có thể khẳng định đó là dung dịch axit. Ngược lại, bazơ không có tác dụng khi tiếp xúc với các kim loại này trong điều kiện thường.

Ngoài ra, sử dụng muối cacbonat như CaCO3 cũng là một cách hữu hiệu để nhận diện axit. Khi axit tác dụng với muối cacbonat, khí CO2 sẽ được giải phóng tạo thành bọt khí và làm đục nước vôi trong. Bazơ không có phản ứng tương tự với muối cacbonat, vì thế nếu không có hiện tượng sủi bọt khí thì khả năng cao dung dịch là bazơ.

Một phương pháp hóa học khác là quan sát hiện tượng kết tủa của dung dịch muối. Một số bazơ như NaOH có thể phản ứng với muối của kim loại nặng như CuSO4, FeCl3… để tạo kết tủa đặc trưng, ví dụ Cu(OH)2 có màu xanh lam. Axit không tạo ra hiện tượng này khi phản ứng với các muối trên.