Bazơ (Base)

Bazơ là một khái niệm quan trọng trong hóa học, được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào góc nhìn và mức độ phức tạp. Dưới đây là một số định nghĩa phổ biến:

Theo thuyết Arrhenius: Bazơ là chất khi tan trong nước phân li ra ion hiđroxit (OH^–).

Ví dụ:

NaOH (natri hiđroxit) trong nước phân li thành Na⁺ và OH^–:
$NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$
Ca(OH)₂ (canxi hiđroxit) trong nước phân li thành Ca²⁺ và 2OH^–:
$Ca(OH)_2 \rightarrow Ca^{2+} + 2OH^-$

Phần lớn các bazơ Arrhenius là các hiđroxit kim loại. Khi hòa tan trong nước, các hiđroxit này phân li ra ion kim loại dương và ion hiđroxit âm. Số lượng ion hiđroxit mà một phân tử bazơ có thể tạo ra khi hòa tan trong nước quyết định tính bazơ của nó.

Các Định nghĩa Bazơ Khác

Theo thuyết Brønsted-Lowry: Bazơ là chất có khả năng nhận proton (H⁺) từ một axit.

Ví dụ:

Trong phản ứng giữa HCl (axit clohiđric) và NH₃ (amoniac), NH₃ nhận proton từ HCl và trở thành NH₄⁺:
$HCl + NH_3 \rightarrow NH_4^+ + Cl^-$
Trong trường hợp này, NH₃ là bazơ và HCl là axit.
Ion OH^– cũng là một bazơ theo thuyết Brønsted-Lowry vì nó có thể nhận proton H⁺ để tạo thành nước:
$OH^- + H^+ \rightarrow H_2O$

Theo thuyết Lewis: Bazơ là chất có cặp electron chưa liên kết có thể cho để tạo liên kết phối trí với axit Lewis (chất nhận cặp electron).

Ví dụ:

Trong phản ứng giữa NH₃ và BF₃, NH₃ cho cặp electron chưa liên kết của nguyên tử nitơ cho BF₃ để tạo liên kết phối trí:
$H_3N: + BF_3 \rightarrow H_3N-BF_3$
Trong trường hợp này, NH₃ là bazơ Lewis và BF₃ là axit Lewis. Định nghĩa Lewis là định nghĩa rộng nhất về bazơ, bao hàm cả các chất không chứa ion hiđroxit.

Tính chất của Bazơ

Một số tính chất đặc trưng của bazơ bao gồm:

Làm đổi màu chất chỉ thị: Bazơ làm quỳ tím chuyển sang màu xanh, dung dịch phenolphtalein chuyển sang màu hồng.
Tác dụng với axit tạo thành muối và nước (phản ứng trung hòa):
$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$
Tác dụng với oxit axit tạo thành muối và nước:
$2NaOH + SO_2 \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$
Một số bazơ tan tác dụng với kim loại tạo thành khí hiđro:
$2NaOH + Zn \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2$ (Phản ứng này thường chỉ xảy ra với các kim loại lưỡng tính như kẽm, nhôm…)
Dung dịch bazơ có cảm giác nhờn, làm trơn trượt và có vị đắng (tuyệt đối không được nếm thử). Tính nhờn này là do bazơ phản ứng với dầu mỡ trên da, tạo thành xà phòng.

Phân loại Bazơ

Bazơ mạnh: Là các bazơ phân li hoàn toàn trong nước, ví dụ: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂.
Bazơ yếu: Là các bazơ phân li một phần trong nước, ví dụ: NH₃, Al(OH)₃, Fe(OH)₃.
Kiềm: Là các bazơ tan được trong nước, ví dụ: NaOH, KOH, Ca(OH)₂. Do đó, tất cả các kiềm đều là bazơ, nhưng không phải tất cả bazơ đều là kiềm.

Ứng dụng của Bazơ

Bazơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất, ví dụ:

Sản xuất xà phòng, chất tẩy rửa.
Sản xuất thuốc nhuộm, giấy, tơ nhân tạo.
Trung hòa axit trong đất và nước.
Điều chế một số chất khác.
Trong công nghiệp thực phẩm, bazơ được dùng để điều chỉnh độ pH, ví dụ như trong sản xuất sô cô la.

Độ mạnh của Bazơ và pH

Độ mạnh của bazơ thể hiện khả năng phân li ra ion OH^– trong dung dịch nước. Bazơ mạnh phân li hoàn toàn, trong khi bazơ yếu chỉ phân li một phần. Độ mạnh của bazơ được biểu thị bằng hằng số bazơ (K_b). K_b càng lớn thì bazơ càng mạnh.

Đối với bazơ B phản ứng với nước:

$B + H_2O \rightleftharpoons BH^+ + OH^-$

Hằng số bazơ được tính theo công thức:

$K_b = \frac{[BH^+][OH^-]}{[B]}$

Trong đó:

[BH⁺] là nồng độ ion BH⁺
[OH^–] là nồng độ ion OH^–
[B] là nồng độ bazơ B

Độ bazơ của dung dịch được đo bằng pH và pOH.

pH là thước đo độ axit hay bazơ của dung dịch, được tính bằng logarit âm của nồng độ ion H⁺:
$pH = -log[H^+]$
pOH là thước đo độ bazơ của dung dịch, được tính bằng logarit âm của nồng độ ion OH^–:
$pOH = -log[OH^-]$

Mối quan hệ giữa pH và pOH ở nhiệt độ phòng (25°C):
$pH + pOH = 14$

Dung dịch có pH > 7 là dung dịch bazơ. pH càng cao thì độ bazơ càng mạnh.

Một số Bazơ Quan trọng

Natri hiđroxit (NaOH): Kiềm mạnh, chất rắn màu trắng, hút ẩm mạnh, dễ tan trong nước. Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất xà phòng, giấy, tơ nhân tạo.
Kali hiđroxit (KOH): Kiềm mạnh, chất rắn màu trắng, hút ẩm mạnh, dễ tan trong nước. Tương tự NaOH, KOH cũng được dùng trong sản xuất xà phòng và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
Canxi hiđroxit (Ca(OH)₂): Kiềm mạnh, ít tan trong nước. Dung dịch Ca(OH)₂ được gọi là nước vôi trong. Được sử dụng trong xây dựng, xử lý nước thải.
Amoniac (NH₃): Bazơ yếu, khí không màu, mùi khai. Được sử dụng trong sản xuất phân bón, thuốc nổ.

Tóm tắt về Bazơ

Cần ghi nhớ rằng, định nghĩa về bazơ có sự khác biệt giữa các thuyết. Theo Arrhenius, bazơ là chất phân li ra ion OH⁻ trong nước. Ví dụ, NaOH ($NaOH \rightarrow Na^+ + OH^-$). Thuyết Brønsted-Lowry mở rộng hơn, định nghĩa bazơ là chất nhận proton (H⁺). Ví dụ, NH₃ nhận H⁺ từ HCl: $NH_3 + HCl \rightarrow NH_4^+ + Cl^-$. Theo thuyết Lewis, bazơ là chất cho cặp electron.

Độ mạnh của bazơ thể hiện khả năng phân li ra ion OH⁻ và được biểu thị bằng hằng số bazơ ($K_b$). $K_b$ càng lớn, bazơ càng mạnh. pH là thước đo độ axit hay bazơ, pOH là thước đo độ bazơ. Dung dịch bazơ có pH > 7. Kiềm là bazơ tan trong nước, ví dụ NaOH, KOH, Ca(OH)₂. Tuy nhiên, không phải bazơ nào cũng là kiềm, ví dụ NH₃ là bazơ nhưng không phải kiềm vì nó tồn tại ở dạng khí.

Cần phân biệt giữa bazơ mạnh và bazơ yếu. Bazơ mạnh phân li hoàn toàn trong nước, ví dụ NaOH, KOH. Bazơ yếu chỉ phân li một phần, ví dụ NH₃. Lưu ý an toàn khi làm việc với bazơ, đặc biệt là bazơ mạnh, vì chúng có tính ăn mòn. Luôn đeo găng tay, kính bảo hộ và làm việc trong môi trường thông thoáng. Tuyệt đối không được nếm thử bất kỳ loại bazơ nào.

Tài liệu tham khảo:

Hóa học 11, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam.
Hóa học đại cương, Atkins, P., & Jones, L.
General Chemistry, Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C.

Câu hỏi và Giải đáp

Tại sao amoniac (NH₃) được coi là bazơ theo thuyết Brønsted-Lowry nhưng lại không được coi là bazơ theo thuyết Arrhenius?

Trả lời: Theo thuyết Arrhenius, bazơ phải phân li ra ion OH⁻ trong nước. Amoniac khi tan trong nước tạo thành ion amoni (NH₄⁺) và ion hiđroxit (OH⁻) thông qua phản ứng với nước: $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$. Bản thân NH₃ không phân li ra OH⁻, mà nó nhận proton (H⁺) từ nước để tạo thành OH⁻. Do đó, amoniac là bazơ theo thuyết Brønsted-Lowry (nhận proton) nhưng không phải bazơ theo thuyết Arrhenius (không trực tiếp phân li ra OH⁻).

Hằng số bazơ ($K_b$) và hằng số axit ($K_a$) của một cặp axit-bazơ liên hợp có liên quan gì với nhau?

Trả lời: Đối với một cặp axit-bazơ liên hợp, tích số của $K_a$ và $K_b$ bằng hằng số ion của nước ($K_w$): $K_a \times K_b = K_w$. Ở 25°C, $K_w = 1.0 \times 10^{-14}$. Điều này cho thấy axit càng mạnh thì bazơ liên hợp của nó càng yếu và ngược lại.

Làm thế nào để phân biệt dung dịch bazơ mạnh và bazơ yếu trong phòng thí nghiệm?

Trả lời: Có thể phân biệt bằng cách đo pH hoặc sử dụng chất chỉ thị. Dung dịch bazơ mạnh sẽ có pH cao hơn dung dịch bazơ yếu cùng nồng độ. Ngoài ra, khi dùng chất chỉ thị như phenolphtalein, dung dịch bazơ mạnh sẽ cho màu hồng đậm hơn so với bazơ yếu. Một cách khác là đo độ dẫn điện, dung dịch bazơ mạnh dẫn điện tốt hơn do có nồng độ ion cao hơn.

Tại sao dung dịch bazơ có cảm giác nhờn, trơn trượt?

Trả lời: Cảm giác nhờn, trơn trượt của dung dịch bazơ là do phản ứng xà phòng hóa giữa bazơ với lớp mỡ tự nhiên trên da. Phản ứng này tạo ra xà phòng, làm cho da có cảm giác trơn.

Ngoài phản ứng trung hòa, bazơ còn tham gia vào những loại phản ứng hóa học nào khác?

Trả lời: Bazơ còn tham gia vào nhiều phản ứng khác, ví dụ như: phản ứng với oxit axit tạo thành muối và nước (ví dụ: $2NaOH + SO_2 \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$); phản ứng với một số kim loại tạo thành khí hiđro (ví dụ: $2NaOH + Zn \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2$); phản ứng với muối tạo thành bazơ mới và muối mới (điều kiện phản ứng trao đổi ion); phản ứng tạo phức với một số ion kim loại.

Một số điều thú vị về Bazơ

Xà phòng, một vật dụng quen thuộc trong đời sống hàng ngày, được tạo ra từ phản ứng xà phòng hóa, một phản ứng giữa bazơ mạnh (thường là NaOH hoặc KOH) với chất béo. Quá trình này đã được con người sử dụng từ hàng nghìn năm trước.
Amoniac (NH₃), một bazơ yếu, là thành phần quan trọng trong phân bón, giúp cung cấp nitơ cho cây trồng. Tuy nhiên, amoniac cũng là một chất khí độc hại, có thể gây kích ứng đường hô hấp.
Vôi tôi (Ca(OH)₂), một bazơ mạnh, được sử dụng trong xây dựng để tạo v vữa. Phản ứng giữa vôi tôi và CO₂ trong không khí tạo thành CaCO₃, giúp vữa cứng lại theo thời gian: $Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O$.
Magie hiđroxit (Mg(OH)₂), một bazơ yếu, là thành phần chính trong thuốc kháng axit, giúp trung hòa axit dư thừa trong dạ dày. Bạn có thể tìm thấy nó trong các loại thuốc trị đau dạ dày thông thường.
Natri hiđroxit (NaOH) được sử dụng để sản xuất tơ nhân tạo. Quá trình này liên quan đến việc xử lý cellulose với NaOH để tạo ra một loại sợi có thể dệt thành vải.
Kiến lửa sử dụng axit formic (HCOOH) để tấn công kẻ thù. Để trung hòa axit này và bảo vệ tổ, một số loài kiến khác lại tiết ra dung dịch bazơ từ bụng. Đây là một ví dụ thú vị về cách các loài động vật sử dụng phản ứng axit-bazơ trong tự nhiên.
Dung dịch natri hiđroxit (NaOH) đậm đặc có thể hòa tan một số kim loại như nhôm (Al). Phản ứng này tạo ra khí hiđro và natri aluminat: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2$.
Độ pH của đất ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng. Đất quá axit hoặc quá bazơ đều có thể gây hại cho cây. Nông dân thường sử dụng vôi (CaO) để tăng pH của đất chua.