Ethanol tan vô hạn trong nước do đâu? Giải thích

Trả lời nhanh

Ethanol tan vô hạn trong nước do cả nước và ethanol đều là phân tử phân cực, đồng thời nước và ethanol tạo được liên kết hydrogen với nhau. Nhóm –OH của ethanol giống nhóm O–H của nước nên các phân tử hai chất xen vào nhau dễ dàng, lực hút giữa chúng không kém lực hút giữa các phân tử cùng loại.

Câu hỏi đầy đủ và cách điền

Đề thường gặp ở dạng điền khuyết: «Ethanol tan vô hạn trong nước do cả nước và ethanol đều là phân tử phân cực, nước và ethanol … ». Phần còn thiếu là: tạo được liên kết hydrogen với nhau.

Như vậy lời giải gồm hai ý, thiếu một ý là chưa đủ:

Cả hai đều phân cực nên «tương tự tan trong tương tự».
Giữa phân tử nước và phân tử ethanol có liên kết hydrogen liên phân tử.

Vì sao phân tử ethanol phân cực?

Công thức ethanol là C₂H₅OH, gồm gốc ethyl C₂H₅– gắn với nhóm hydroxyl –OH. Oxygen có độ âm điện lớn hơn hydrogen và carbon nên liên kết O–H phân cực mạnh: O mang một phần điện tích âm (δ^–), H mang một phần điện tích dương (δ⁺).

Phân tử nước H₂O cũng có hai liên kết O–H phân cực và hình gấp khúc, nên là phân tử phân cực mạnh. Hai chất cùng «kiểu» phân cực nên hoà trộn tốt với nhau.

Liên kết hydrogen giữa nước và ethanol

Liên kết hydrogen hình thành khi nguyên tử H (đã gắn với O có độ âm điện lớn) bị hút bởi cặp electron chưa liên kết của nguyên tử O ở phân tử bên cạnh. Ký hiệu thường viết là O–H···O.

H của nhóm –OH (ethanol) hút cặp electron trên O của phân tử nước.
H của phân tử nước hút cặp electron trên O của nhóm –OH (ethanol).
Các phân tử ethanol cũng liên kết hydrogen với nhau, nước cũng thế.

Khi trộn, các liên kết hydrogen «nước–nước» và «ethanol–ethanol» bị phá vỡ một phần, nhưng được bù lại bởi liên kết hydrogen «nước–ethanol» có độ bền gần tương đương. Vì thế quá trình hoà tan diễn ra dễ, không bị giới hạn ở một tỉ lệ nhất định, ta gọi là tan vô hạn.

Gốc hydrocarbon ảnh hưởng thế nào?

Phần C₂H₅– gần như không phân cực, không ưa nước. Với ethanol, gốc này còn ngắn nên «lực cản» nhỏ, nhóm –OH quyết định tính chất hoà tan. Gốc càng dài, phần kị nước càng lớn, độ tan càng giảm.

Chất	Nhóm phân cực	Gốc hydrocarbon	Độ tan trong nước
CH₃OH (methanol)	–OH	1 C	Tan vô hạn
C₂H₅OH (ethanol)	–OH	2 C	Tan vô hạn
C₄H₉OH (butan-1-ol)	–OH	4 C	Tan có hạn, ít
C₂H₆ (ethane)	Không có	2 C	Gần như không tan

Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp

Mẹo: nhớ cụm «–OH giống nước ⇒ tạo liên kết hydrogen với nước ⇒ tan tốt». Nhìn thấy –OH ở alcohol mạch ngắn là nghĩ ngay đến độ tan cao.
Sai 1: viết «ethanol tan vì có liên kết ion» hoặc «vì phản ứng với nước». Ethanol hoà tan là quá trình vật lí, không phản ứng hoá học với nước, không tạo ion.
Sai 2: cho rằng liên kết hydrogen là liên kết hoá học bên trong phân tử. Thực ra đó là lực hút liên phân tử, yếu hơn liên kết cộng hoá trị rất nhiều.
Sai 3: kết luận mọi alcohol đều tan vô hạn. Chỉ các alcohol mạch ngắn mới như vậy.

Liên hệ: nhiệt độ sôi cao của ethanol

Cũng nhờ liên kết hydrogen giữa các phân tử, ethanol sôi ở khoảng 78 °C, cao hơn nhiều so với đồng phân dimethyl ether CH₃OCH₃ (khoảng –24 °C) vốn không có nhóm O–H nên không tạo liên kết hydrogen với nhau. Đây là một ví dụ hay gặp khi so sánh tính chất vật lí của alcohol và ether.

Bài luyện tập

Câu 1. Vì sao dimethyl ether tan trong nước kém hơn ethanol nhiều?
Đáp án: Dimethyl ether không có nhóm O–H nên không cho được H để tạo liên kết hydrogen với nước (chỉ nhận được liên kết hydrogen qua nguyên tử O). Khả năng tạo liên kết hydrogen với nước kém hơn nên độ tan hạn chế hơn ethanol.
Câu 2. Giải thích vì sao hexane (C₆H₁₄) không tan trong nước.
Đáp án: Hexane không phân cực, không có nhóm tạo liên kết hydrogen với nước; các phân tử nước liên kết với nhau chặt hơn nên đẩy hexane ra, hai chất tách lớp.
Câu 3. Chọn phát biểu đúng: (A) Ethanol tan trong nước vì tạo ion C₂H₅⁺ và OH^–; (B) Ethanol tan trong nước vì tạo được liên kết hydrogen với nước.
Đáp án: B. Ethanol không phân li ra ion trong nước nên A sai.

Câu hỏi thường gặp

Ethanol tan vô hạn trong nước do đâu?

Do cả nước và ethanol đều là phân tử phân cực, đồng thời nước và ethanol tạo được liên kết hydrogen với nhau qua nhóm –OH.

Tan vô hạn nghĩa là gì?

Là hai chất hoà trộn với nhau theo bất kì tỉ lệ nào mà không tách lớp, ví dụ ethanol và nước.

Alcohol nào cũng tan vô hạn trong nước không?

Không. Chỉ các alcohol mạch ngắn như methanol, ethanol mới tan vô hạn. Gốc hydrocarbon càng dài thì độ tan càng giảm.

Khi ethanol tan trong nước có xảy ra phản ứng hoá học không?

Không. Đó là quá trình hoà tan vật lí, ethanol không phân li thành ion mà chỉ tạo liên kết hydrogen với các phân tử nước.