Phân tích bảo toàn điện tích: Tại sao một ion mang nhiều điện tích phải nhân với số điện tích nó mang thay vì chia?

HowieHz
2024-06-13
Kiến thức truyền đạt > Chuyên đề học thuật > Trung học > Hóa học trung học

🌍 Tiếng Việt
195

Một điều quan trọng trong hóa học là dung dịch luôn duy trì tính trung hòa về điện tích. Điều này có nghĩa rằng tổng số điện tích dương từ các cation sẽ bằng tổng số điện tích âm từ các anion. Tuy nhiên, trong quá trình giảng dạy, nhiều học sinh tỏ ra bối rối khi áp dụng nguyên tắc bảo toàn điện tích này.

Ví dụ, khi nói đến dung dịch NaHCO₃, ta viết biểu thức bảo toàn điện tích như sau:
c(Na⁺) + c(H⁺) = c(OH⁻) + c(HCO₃⁻) + 2c(CO₃²⁻).
(Trong đó ký hiệu “c” đại diện cho nồng độ, được rút gọn từ từ “concentration”.)

Vấn đề được đặt ra

Có bạn hỏi: Mỗi 1 mol CO₃²⁻ mang theo 2 mol điện tích, vậy tại sao không nên chia cho hai mà lại cần phải nhân lên để cân bằng?

Đây là một suy nghĩ rất đáng khen ngợi. Nguyên nhân dẫn đến sự nhầm lẫn này thường xuất phát từ việc giáo viên trực tiếp đưa ra kết quả cuối cùng mà không giải thích chi tiết từng bước trong quy trình lập biểu thức.

Giải thích chi tiết

Quay lại định nghĩa

Theo nguyên tắc bảo toàn điện tích, tổng số điện tích dương từ các cation phải bằng tổng số điện tích âm từ các anion. Do đó, công việc của chúng ta ở đây là sử dụng nồng độ ion để biểu diễn nồng độ điện tích tương ứng.

Chúng ta hãy xét ví dụ cụ thể về dung dịch NaHCO₃, nơi có những loại ion sau:

• Các cation: Na⁺ và H⁺.
• Các anion: OH⁻, HCO₃⁻ và CO₃²⁻.

Áp dụng nguyên tắc bảo toàn điện tích, ta có: ce⁺ = ce⁻.
(Trong đó, “ce⁺” đại diện cho tổng nồng độ điện tích dương từ tất cả các ion dương, và “ce⁻” đại diện cho tổng nồng độ điện tích âm từ tất cả các ion âm.)

Bây giờ, chúng ta sẽ biểu diễn từng giá trị ce theo nồng độ ion:

• ce(Na⁺) = c(Na⁺),
• ce(H⁺) = c(H⁺),
• ce(OH⁻) = c(OH⁻),
• ce(HCO₃⁻) = c(HCO₃⁻),
• ce(CO₃²⁻) = 2 × c(CO₃²⁻).

(Lưu ý rằng việc nhân lên với 2 ở đây nhằm phản ánh thực tế rằng mỗi 1 mol CO₃²⁻ mang theo 2 mol điện tích âm.)

Sau đó, mở rộng biểu thức ce⁺ = ce⁻, ta được: ce(Na⁺) + ce(H⁺) = ce(OH⁻) + ce(HCO₃⁻) + ce(CO₃²⁻).

Cuối cùng, thay thế các giá trị ce bằng nồng độ ion tương ứng, ta thu được biểu thức cuối cùng: c(Na⁺) + c(H⁺) = c(OH⁻) + c(HCO₃⁻) + 2 × c(CO₃²⁻).

Tổng hợp thêm thông tin

Việc nhân với số điện tích ion (ví dụ: nhân 2 đối với CO₃²⁻) giúp chúng ta đảm bảo rằng tổng số lượng điện tích trong dung dịch được tính toán chính xác. Nếu chia thay vì nhân, ta sẽ làm giảm đi giá trị thực tế của điện tích mà ion mang theo, dẫn đến sai lệch trong phép tính bảo toàn điện tích.

Hy vọng cách giải thích trên đã làm rõ hơn vấn đề!

Kiểm tra bản dịch:

Không còn dấu vết nào của ngôn ngữ khác ngoài tiếng Việt. Tất cả nội dung đã được chuyển đổi phù hợp.