Trong lĩnh vực hoá học, dựa vào tính chất, người ta có thể chia các hợp chất tồn tại trên Trái Đất này thành các nhóm chất có tính bazơ, chất có tính axit và chất lưỡng tính. Với bazơ và axit, chúng ta có thể dễ dàng nhận biết bằng các cách thử khác nhau. Vậy chất lưỡng tính thì sao? Hãy cùng tìm hiểu về khái niệm và đặc điểm của chất lưỡng tính thông qua bài viết sau nhé.
Nội dung bài viết
Tìm hiểu khái niệm chất lưỡng tính
Một chất lưỡng tính là một chất có thể hoạt động như một axit hoặc một bazơ , tùy thuộc vào môi trường. Phân tử lưỡng tính là một loại phân tử cho hoặc nhận proton (H + ). Không phải tất cả các phân tử lưỡng tính đều là chất lưỡng tính. Ví dụ, ZnO hoạt động như một axit Lewis, có thể nhận một cặp electron từ OH nhưng không thể cho một proton.
![Chất lưỡng tính là gì](https://ruaxetudong.org/wp-content/uploads/2022/10/chat-luong-tinh.jpg)
Chất lưỡng tính là các phân tử lưỡng tính tồn tại chủ yếu dưới dạng ion lưỡng tính trong một phạm vi pH nhất định. Chúng có cả nhóm axit và nhóm bazơ.
Vậy có bao nhiêu chất lưỡng tính? Chưa có thống kê cụ thể về các chất lưỡng tính tồn tại trên Trái Đất này vì chúng có số lượng lớn, thậm chí có nhiều chất con người chưa phát hiện ra hết. Dưới đây là một số ví dụ về chất lưỡng tính:
- Oxit hoặc hiđroxit kim loại là chất lưỡng tính. Hợp chất kim loại đóng vai trò là axit hay bazơ phụ thuộc vào trạng thái oxi hóa oxit.
- Axit sunfuric (H2SO4 ) là một axit trong nước nhưng là chất lưỡng tính trong các siêu axit.
- Các phân tử lưỡng tính, chẳng hạn như axit amin và protein, là chất lưỡng tính.
Cách nhận biết các chất lưỡng tính
Khi thực hành trong phòng thí nghiệm, làm thế nào để bạn có thể nhận biết một hợp chất lưỡng tính? Làm thế nào để bạn có thể dễ dàng trả lời câu hỏi chất nào sau đây là chất có/ không có tính chất lưỡng tính? Dưới đây là cách bạn có thể xác định các đặc tính lưỡng tính trong một hợp chất.
- Khi trộn một chất lưỡng tính với một axit, nó sẽ lấy hydro từ axit tạo ra ion H3O+.
- Khi hợp chất lưỡng tính phản ứng với một bazơ, nó cung cấp hydro cho hợp chất bazơ và giải phóng ion OH-.
Axit là chất cho proton và bazơ là chất nhận proton. Những chất có cả hai đặc điểm này được xác định là chất lưỡng tính.
Vậy chất lưỡng tính có làm đổi màu quỳ tím không? Câu trả lời là không, vì quỳ tím chỉ đổi màu khi ở trong môi trường có tính axit hoặc bazơ. Vì vậy một cách đơn giản hơn để nhận biết chất lưỡng tính là sử dụng quỳ tím.
![Cách nhận biết các chất lưỡng tính](https://ruaxetudong.org/wp-content/uploads/2022/10/cach-nhan-biet-chat-luong-tinh.jpg)
Lưu ý rằng các nguyên tố ở bên trái của bảng tuần hoàn hoá học tạo thành oxit và hidroxit bazơ hoàn toàn, các nguyên tố ở bên phải tạo thành oxit có tính axit hoàn toàn. Các nguyên tố tạo thành oxit lưỡng tính có xu hướng là những nguyên tố được đặt ở vị trí trung tâm trong bảng tuần hoàn.
Tính chất hoá học của các chất lưỡng tính là gì?
Các chất lưỡng tính có tính chất hoá học của cả axit và bazơ.
Tính bazơ của các chất lưỡng tính
Tính chất cơ bản của oxit lưỡng tính được thể hiện rõ ràng qua phản ứng của chúng với axit. Oxit lưỡng tính phản ứng với axit vô cơ thông thường tạo thành muối kim loại và nước.
Ví dụ:
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al (OH) 3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
Tính axit của các chất lưỡng tính
Tính chất axit của oxit lưỡng tính được thể hiện rõ ràng nhờ phản ứng của chúng với bazơ. Oxit lưỡng tính phản ứng với bazơ vô cơ thông thường tạo thành muối kim loại phức tạp và nước. Ví dụ:
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2NaAl(OH)4
Al (OH) 3 + NaOH → NaAl(OH)4
Phân loại chất lưỡng tính
Trên Trái Đất hiện nay có rất nhiều các hợp chất lưỡng tính khác nhau, do vậy các nhà khoa học cũng có nhiều cách phân loại chúng dựa vào các yếu tố khác nhau. Tuy nhiên cách phân loại phổ biến được nhất là phân theo gốc vô cơ và hữu cơ.
Phân loại theo gốc vô cơ và hữu cơ
Người ta thường phân loại các chất lưỡng tính thành hợp chất vô cơ, chẳng hạn như kẽm hydroxit, nhôm hydroxit… và hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như axit amin, peptit, protein…
Hai loại hợp chất này có một số điểm giống nhau về tính chất hóa học:
- Chúng có thể phản ứng với axit mạnh và dung dịch kiềm mạnh.
- Các muối được tạo thành do phản ứng của chúng với axit mạnh có tính axit trong dung dịch nước.
- Dung dịch nước của muối tạo thành do phản ứng với bazơ mạnh là dung dịch kiềm.
- Tất cả chúng đều có thể trải qua phản ứng khử nước, và các sản phẩm phản ứng vẫn là chất lưỡng tính.
Mặc dù những đặc tính của chúng tương tự nhau, nhưng bản chất tạo ra những đặc tính tương tự này lại hoàn toàn khác nhau.
![Phân loại chất lưỡng tính](https://ruaxetudong.org/wp-content/uploads/2022/10/phan-loai-chat-luong-tinh.jpg)
Hợp chất lưỡng tính vô cơ
Các oxit và hidroxit của nhôm (Al), kali (K), kẽm (Zn), đồng (Cu) và crom (Cr) đều là những hợp chất lưỡng tính.
Al(OH)3 là chất điện li yếu không tan trong nước, nhưng có thể bị ion hóa một phần trong dung dịch nước để tạo ra một lượng nhỏ ion H+ và OH-.
- Khi cho axit vào Al(OH)3, H+ ngay lập tức phản ứng với một lượng nhỏ OH- trong dung dịch để tạo thành nước, phá hủy cân bằng ion hóa cơ bản của Al(OH)3, chuyển cân bằng sang phải và làm cho Al(OH)3 tiếp tục tan.
- Khi cho bazơ vào Al(OH)3, OH- phản ứng với một lượng nhỏ H+ trong dung dịch ngay lập tức tạo thành nước, làm phá hủy cân bằng ion hóa axit của Al(OH)3, chuyển cân bằng sang trái, và làm cho Al (OH)3)3 tiếp tục tan.
Vậy Al(OH)3 là một hiđroxit lưỡng tính.
Hợp chất lưỡng tính hữu cơ
Các axit amin, chẳng hạn như glycine, có gen axit trong phân tử của chúng. Gen này có thể ion hóa H+ trong nước và trở thành axit. Nhóm cơ bản trong phân tử của nó – NH có một cặp electron duy nhất trên nguyên tử nitơ, xuất hiện trong dung dịch nước. Nó có thể tạo liên kết phối, do đó làm tăng nồng độ của ion OH-, vì vậy nó có tính bazơ nhất định. Vậy axit amin vừa là axit vừa là bazơ.
Từ đó, có thể thấy rằng có sự khác biệt cơ bản trong cấu trúc của phép xác định tính lưỡng tính của Al(OH)3 và tính đa dạng của axit amin.
Dãy hoạt động hóa học của kim loại là gì? Mẹo học thuộc dễ nhớ nhất
Ứng dụng của chất lưỡng tính
Chất lưỡng tính có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống của con người, nhất là trong cách ngành nghiên cứu và sản xuất hoá học.
Hợp chất lưỡng tính làm phân tử thăm dò
Việc nghiên cứu cấu trúc protein với các phân tử có tính axit hoặc bazơ sẽ làm giảm hiệu suất ion hóa của phức và phân tích đỉnh phức do sự thay đổi số lượng điện tích. Vì vậy người ta sử dụng phân tử lưỡng tính L-Agr để thăm dò cấu trúc của cytochrome C trong nghiên cứu cấu trúc protein. Điều này tránh được việc giảm hiệu suất ion hóa do giảm tính cơ bản pha khí của phức chất, giúp phức chất duy trì trạng thái ban đầu.
Sử dụng loại hợp chất này làm chất xúc tác
Hàng dệt xenlulo đã được xử lý với một số tác nhân hóa học để cải thiện hiệu suất và chống nhăn. Chất tạo liên kết chéo được sử dụng trong quá trình hoàn thiện này cần sự trợ giúp của chất xúc tác để phản ứng với xenlulo, nhờ đó cải thiện các đặc tính của chất liệu vải này.
Chất xúc tác lý tưởng phải là chất xúc tác đủ axit để gây ra các phản ứng liên kết ngang, nhưng không quá nghiêm trọng đến mức làm hỏng vải trong quá trình hoàn thiện. Sau khi kết thúc, nó sẽ không phá hủy chuỗi chéo và thúc đẩy việc giải phóng formaldehyde.
Ứng dụng của chất lưỡng tính
Hầu hết các axit Lewis thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệp là muối kim loại của axit mạnh. Các hợp chất khác được coi là muối axit mạnh là các hợp chất ion lưỡng tính. Tùy thuộc vào cường độ tương ứng của hai nguyên tố, hợp chất này hút hoặc giải phóng proton.
Cũng giống như các muối vô cơ bị thủy phân để tạo thành các dung dịch có tính axit, các hợp chất lưỡng tính có chứa một nhóm amino và một nhóm có tính axit mạnh như SO3H cũng tạo thành các dung dịch có tính axit.
Sử dụng chất lưỡng tính để chiết tách
Trong quá trình chiết và tách nguyên liệu sinh học, người ta thường gặp trường hợp phân tử của một số cấu tử được chiết xuất có cả nhóm axit và bazơ.
Để chiết xuất và tách các hợp chất như vậy, người ta thường sử dụng nhựa trao đổi ion (vật chất cấu tạo từ chất lưỡng tính hữu cơ). Dịch chiết được phân ly thành trạng thái thích hợp nhất để được nhựa trao đổi ion hấp phụ. Các tạp chất được tách ra, sau đó đi qua cột nhựa với một môi trường có giá trị pH khác để khó bị hấp phụ và rửa giải, do đó hoàn thành quá trình tách và chiết.
Trên đây là những thông tin bổ ích về chất lưỡng tính, cách nhận biết, phân loại cũng như công dụng của hợp chất này. Đây là một trong những loại hợp chất phổ biến và quan trọng trong hóa học, có nhiều ứng dụng trong cuộc sống của con người.