Số oxi hoá là gì?

Số oxi hoá là gì?

Số oxi hoá là điện tích giả định của một nguyên tử trong phân tử hoặc ion nếu xem electron trong liên kết thuộc về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn. Đây là khái niệm rất quan trọng khi học phản ứng oxi hoá – khử, vì sự thay đổi số oxi hoá giúp xác định chất nào bị oxi hoá, chất nào bị khử.

Trong học tập, số oxi hoá thường được dùng để cân bằng phản ứng oxi hoá – khử, xác định chất oxi hoá, chất khử và hiểu bản chất chuyển electron. Khi học bảng tuần hoàn hóa học, số oxi hoá cũng liên hệ với độ âm điện, electron hoá trị, tính kim loại, tính phi kim và nhóm nguyên tố.

Ví dụ, trong NaCl, Natri có số oxi hoá +1, Clo có số oxi hoá -1. Trong H₂O, Hidro thường có số oxi hoá +1, Oxi thường có số oxi hoá -2. Trong CO₂, Oxi có số oxi hoá -2, còn Cacbon có số oxi hoá +4.

Số oxi hoá dùng để làm gì?

Số oxi hoá giúp theo dõi sự thay đổi electron trong phản ứng hoá học. Nếu số oxi hoá của một nguyên tố tăng, nguyên tố đó bị oxi hoá. Nếu số oxi hoá giảm, nguyên tố đó bị khử.

Ví dụ trong phản ứng:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Kẽm từ số oxi hoá 0 trong Zn chuyển thành +2 trong ZnCl₂, nên Kẽm bị oxi hoá. Hidro trong HCl có số oxi hoá +1, sau phản ứng tạo H₂ có số oxi hoá 0, nên Hidro bị khử.

Nhờ số oxi hoá, ta không chỉ viết phương trình phản ứng mà còn hiểu được quá trình chuyển electron đằng sau phản ứng.

Quy tắc xác định số oxi hoá

Để xác định số oxi hoá, người học cần nắm một số quy tắc cơ bản. Các quy tắc này giúp tính số oxi hoá trong hầu hết hợp chất phổ thông.

Các quy tắc trên có một số ngoại lệ, đặc biệt với peroxide, hydride kim loại và các hợp chất có liên kết đặc biệt. Tuy nhiên, với bài tập cơ bản, những quy tắc này là nền tảng rất quan trọng.

Số oxi hoá của đơn chất

Trong đơn chất, số oxi hoá của nguyên tố bằng 0. Điều này áp dụng cho cả đơn chất kim loại và phi kim.

Ví dụ, Na trong đơn chất Natri có số oxi hoá 0. Fe trong đơn chất Sắt có số oxi hoá 0. Oxi trong O₂ có số oxi hoá 0. Hidro trong H₂ có số oxi hoá 0. Clo trong Cl₂ cũng có số oxi hoá 0.

Đây là quy tắc thường dùng khi xác định phản ứng oxi hoá – khử. Nếu một nguyên tố từ đơn chất chuyển sang hợp chất, số oxi hoá có thể thay đổi rõ rệt.

Số oxi hoá trong ion đơn nguyên tử

Với ion đơn nguyên tử, số oxi hoá bằng điện tích của ion. Ví dụ, Na⁺ có số oxi hoá +1, Ca²⁺ có số oxi hoá +2, Al³⁺ có số oxi hoá +3, Cl^– có số oxi hoá -1.

Điều này phù hợp với xu hướng electron của các nhóm nguyên tố. Các nguyên tố thuộc Kim loại kiềm thường tạo ion +1. Các nguyên tố thuộc Kim loại kiềm thổ thường tạo ion +2. Nhiều nguyên tố thuộc Halogen thường tạo ion -1.

Số oxi hoá của Hidro và Oxi

Hidro thường có số oxi hoá +1 trong hợp chất với phi kim. Ví dụ, trong HCl, H₂O, NH₃, Hidro thường là +1. Tuy nhiên, trong hydride kim loại như NaH, Hidro có số oxi hoá -1.

Oxi thường có số oxi hoá -2 trong nhiều hợp chất như H₂O, CO₂, CaO, SO₂. Tuy nhiên, trong peroxide như H₂O₂, Oxi có số oxi hoá -1. Trong một số hợp chất với Fluor, số oxi hoá của Oxi có thể khác -2.

Vì Oxi xuất hiện trong rất nhiều hợp chất, quy tắc “Oxi thường là -2” rất hữu ích nhưng cũng cần nhớ có ngoại lệ.

Cách xác định số oxi hoá qua ví dụ

Ví dụ 1: Xác định số oxi hoá của Cacbon trong CO₂.

Oxi thường có số oxi hoá -2. Trong CO₂, có 2 nguyên tử Oxi nên tổng số oxi hoá của Oxi là -4. Phân tử CO₂ trung hoà, tổng số oxi hoá bằng 0. Vậy Cacbon phải có số oxi hoá +4.

Ví dụ 2: Xác định số oxi hoá của Lưu huỳnh trong SO₂.

Oxi có số oxi hoá -2. Có 2 nguyên tử Oxi nên tổng là -4. Phân tử trung hoà nên Lưu huỳnh có số oxi hoá +4.

Ví dụ 3: Xác định số oxi hoá của Nitơ trong NO₃^–.

Oxi có số oxi hoá -2. Có 3 nguyên tử Oxi nên tổng là -6. Ion NO₃^– có điện tích -1, nên tổng số oxi hoá bằng -1. Vậy Nitơ có số oxi hoá +5.

Số oxi hoá và phản ứng oxi hoá – khử

Phản ứng oxi hoá – khử là phản ứng có sự thay đổi số oxi hoá của các nguyên tố. Nếu số oxi hoá tăng, nguyên tố bị oxi hoá. Nếu số oxi hoá giảm, nguyên tố bị khử.

Ví dụ:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Trong phản ứng này, Fe từ số oxi hoá 0 chuyển thành +2, nên Fe bị oxi hoá. Cu trong CuSO₄ có số oxi hoá +2, sau phản ứng thành Cu kim loại có số oxi hoá 0, nên Cu bị khử.

Đây là ví dụ điển hình cho phản ứng giữa kim loại mạnh hơn và muối của kim loại yếu hơn. Kiến thức này liên hệ chặt với bài về Kim loại và dãy hoạt động hoá học.

Chất oxi hoá và chất khử

Chất oxi hoá là chất nhận electron và làm chất khác bị oxi hoá. Trong quá trình đó, bản thân chất oxi hoá bị khử, tức số oxi hoá của nó giảm.

Chất khử là chất nhường electron và làm chất khác bị khử. Trong quá trình đó, bản thân chất khử bị oxi hoá, tức số oxi hoá của nó tăng.

Ví dụ trong phản ứng giữa Kẽm và acid hydrochloric:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Kẽm bị oxi hoá từ 0 lên +2, nên Kẽm là chất khử. Hidro trong HCl bị khử từ +1 về 0, nên H⁺ đóng vai trò chất oxi hoá.

Hoá trị và số oxi hoá khác nhau thế nào?

Hoá trị biểu thị khả năng liên kết của nguyên tử trong hợp chất. Số oxi hoá là điện tích giả định dùng để theo dõi sự chuyển electron trong phản ứng. Hai khái niệm này có thể liên quan nhưng không đồng nhất.

Ví dụ, trong H₂O, Oxi có hoá trị II và số oxi hoá -2. Trong CO₂, Cacbon có hoá trị IV và số oxi hoá +4. Tuy nhiên, không phải lúc nào hoá trị và số oxi hoá cũng có thể hiểu giống nhau, nhất là trong hợp chất cộng hoá trị hoặc hợp chất phức tạp.

Vì vậy, khi lập công thức hoá học cơ bản, bạn thường dùng hoá trị. Khi phân tích phản ứng oxi hoá – khử, bạn dùng số oxi hoá.

Số oxi hoá và độ âm điện

Số oxi hoá có liên hệ với độ âm điện. Khi xác định số oxi hoá trong liên kết cộng hoá trị, người ta giả định electron liên kết thuộc về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn.

Ví dụ, trong H₂O, Oxi có độ âm điện lớn hơn Hidro, nên electron liên kết được quy ước thuộc về Oxi. Vì vậy, Oxi có số oxi hoá -2, còn mỗi Hidro có số oxi hoá +1.

Trong NaCl, Clo có độ âm điện lớn hơn Natri, nên Natri có số oxi hoá +1, Clo có số oxi hoá -1. Điều này phù hợp với bản chất ion của hợp chất.

Một số số oxi hoá thường gặp

Các giá trị trên rất hữu ích khi làm bài tập cơ bản, nhưng cần nhớ rằng một số nguyên tố có nhiều số oxi hoá khác nhau. Ví dụ, Sắt có thể là +2 hoặc +3; Lưu huỳnh có thể là -2, +4, +6 trong các hợp chất khác nhau; Nitơ cũng có nhiều số oxi hoá.

Những lỗi thường gặp khi học số oxi hoá

Lỗi đầu tiên là nhầm số oxi hoá với điện tích thật. Trong hợp chất ion, số oxi hoá có thể trùng với điện tích ion. Nhưng trong hợp chất cộng hoá trị, số oxi hoá là điện tích giả định theo quy ước, không phải điện tích thật tách rời của nguyên tử.

Lỗi thứ hai là quên tổng số oxi hoá trong phân tử trung hoà bằng 0. Ví dụ, trong CO₂, tổng số oxi hoá của C và 2 O phải bằng 0. Trong ion đa nguyên tử, tổng số oxi hoá phải bằng điện tích ion.

Lỗi thứ ba là quên ngoại lệ của Oxi và Hidro. Oxi thường là -2 nhưng trong peroxide là -1. Hidro thường là +1 nhưng trong hydride kim loại có thể là -1.

Kết luận

Số oxi hoá là điện tích giả định của nguyên tử trong phân tử hoặc ion, dùng để theo dõi sự chuyển electron trong phản ứng hoá học. Đây là công cụ quan trọng để nhận biết phản ứng oxi hoá – khử, chất oxi hoá và chất khử.

Khi học số oxi hoá, hãy nắm chắc các quy tắc cơ bản, luyện nhiều ví dụ và phân biệt rõ với hoá trị. Kiến thức này liên hệ chặt với độ âm điện, electron hoá trị, tính kim loại, tính phi kim và phản ứng hoá học.

Tài liệu tham khảo

• IUPAC Gold Book – Oxidation number: https://goldbook.iupac.org/terms/view/O04365
• Royal Society of Chemistry Periodic Table: https://periodic-table.rsc.org/
• PubChem Periodic Table: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/
• Chemistry LibreTexts – Oxidation States: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry