Điện ly

Điện li hay ion hóa là quá trình một nguyên tử hay phân tử tích một điện tích âm hay dương bằng cách nhận thêm hay mất đi electron để tạo thành các ion, thường đi kèm các thay đổi hóa học khác. Ion dương được tạo thành khi chúng hấp thụ đủ năng lượng (năng lượng này phải lớn hơn hoặc bằng thế năng tương tác của electron trong nguyên tử) để giải phóng electron, những electron được giải phóng này được gọi là những electron tự do. Năng lượng cần thiết để xảy ra quá trình này gọi là năng lượng ion hóa. Ion âm được tạo thành khi một electron tự do nào đó đập vào một nguyên tử mang điện trung hòa ngay lập tức bị giữ lại và thiết lập hàng rào thế năng với nguyên tử này, vì nó không còn đủ năng lượng để thoát khỏi nguyên tử này nữa nên hình thành ion âm.

Gió Mặt Trời di chuyển qua từ quyển làm thay đổi chuyển động của các hạt tích điện trong tầng nhiệt hoặc tầng ngoài của Trái Đất, kết quả là sự ion hóa các hạt này khiến chúng phát ra ánh sáng có màu sắc khác nhau, do đó tạo thành cực quang gần các vùng cực.

Trường hợp điện li đơn giản là chất có liên kết ion hoặc liên kết cộng hóa trị phân cực bị tách thành các ion riêng rẽ trong môi trường nước, ví dụ như natri chloride.

Nguyên nhân

Phân tử nước bị phân cực thành hai đầu âm và dương do nguyên tử oxy có độ âm điện lớn hơn nguyên tử hydro, cặp electron dùng chung bị lệch về phía oxy. Vì thế khi một chất có liên kết ion hay liên kết cộng hóa trị phân cực hòa tan vào nước thì phân tử các chất này sẽ bị bao bọc và tương tác với phân tử nước, tách các chất này ra thành các ion, ion dương tách ra bởi nguyên tử oxy (mang điện âm) còn ion âm được tách ra bởi nguyên tử hydro (mang điện dương) của nước. Quá trình này có giải phóng năng lượng do mạng tinh thể (hoặc liên kết giữa các nguyên tử) bị phá vỡ.

Độ điện li

Độ điện li α (alpha) là tỉ số giữa số phân tử phân li ra ion (n) và tổng số phân tử hòa tan vào dung dịch (n₀) tính theo công thức $\alpha ={\frac {n}{n_{0}}}$.

Độ điện li của các chất điện li khác nhau nằm trong khoảng 0 < α ≤ 1. Khi một chất có α = 0, quá trình điện li không xảy ra, đó là chất không điện ly. Độ điện li thường được biểu diễn dưới dạng phần trăm.

Chất điện li mạnh và chất điện li yếu

Sự điện li mạnh hay yếu phụ thuộc vào độ điện li.

Chất điện li mạnh

Là chất khi tan trong nước, các phân tử hòa tan đều phân li ra ion. Các chất điện li mạnh có α = 1.

• Các bazơ mạnh: KOH, NaOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂,...
• Các axit mạnh: HNO₃, HCl, HI, HBr, H₂SO₄, HClO₄,...
• Hầu hết các muối.

Tính tan của muối

Muối của acid mạnh (HCl, H₂SO₄, HNO₃,...):

• Muối chloride tan hết trừ AgCl↓, PbCl₂ ít tan.
• Muối sulfat tan hết trừ PbSO4↓, CaSO_4↓, SrSO₄↓, BaSO₄↓ và Ag₂SO₄ ít tan.
• Muối nitrat tan hết.

Muối của acid yếu (H₃PO₄, H_2­SO₃,...):

Muối của natri, kali và muối acetat tan hết. Còn lại hầu hết tan.

Muối acid (chứa H linh động trong phân tử): hầu hết đều tan.

Phương trình điện li:

• Acid mạnh → cation H⁺ + anion gốc acid.
• Base mạnh → cation kim loại + anion OH^-.
• Muối tan → cation kim loại/NH₄⁺ + anion gốc acid.

Ví dụ:

• HNO₃ → H⁺ + NO₃^-
• Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-
• Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄^2-

Chất điện li yếu

Là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử hòa tan phân ly ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch. Gồm: acid yếu, base yếu, một số muối do điện ly phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, dung môi, bản chất của chất điện ly. Độ điện ly của chất điện ly yếu nằm trong khoảng 0 < α < 1.

• Acid yếu: HClO, H₂S, HF, H₂SO₃, CH₃COOH, H₂CO₃,...
• Base yếu: Bi(OH)₃, Mg(OH)₂, Cu(OH)₂,...
• Một số muối: HgCl₂, Hg(CN)₂, CuCl,...

Sự điện ly do nhiệt độ

Thông thường, các chất ion liên kết với nhau bằng lực hút tĩnh điện. Khi các chất này nhận được nhiệt lượng đủ lớn, động năng của các ion sẽ tăng và đủ mạnh để phá vỡ liên kết tĩnh điện, sau đó phân ly ra môi trường. Chất ion nóng chảy hay bay hơi chính là các ion tự do di chuyển xung quanh nhau.