Tìm số oxi hóa

Trong lĩnh vực hóa học, khái niệm "oxi hóa" và khái niệm "khử" được sử dụng để chỉ các phản ứng mà trong đó một nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) mất đi hay nhận thêm một hoặc một vài electron. Số oxi hóa là số được gán cho một nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) mà nhờ số này chúng ta có thể theo dõi được số electron được trao đổi khi một chất bị oxi hóa hoặc bị khử trong một phản ứng. Quá trình xác định số oxi hóa của nguyên tử có thể rất đơn giản nhưng cũng có thể phức tạp tùy thuộc vào điện tích của nguyên tử cũng như thành phần hóa học của hợp chất mà nguyên tử đó cấu thành. Đối với các dạng vật chất phức tạp, một số nguyên tử có thể có nhiều hơn một số oxi hóa. Tuy nhiên, việc xác định số oxi hóa đã được nêu thành các quy tắc rõ ràng, dễ hiểu nếu bạn đã có nền tảng cơ bản về toán học và hóa học.

Các bước

Xác định số oxi hóa dựa trên quy tắc hóa học

1. Xác định xem chất cần phân tích là đơn chất hay hợp chất. Các nguyên tử ở trạng thái tự do, không liên kết với các nguyên tử khác luôn có số oxi hóa bằng 0. Quy tắc này đúng đối với đơn chất cấu tạo bởi một hay nhiều nguyên tử của cùng một nguyên tố.
   • Ví dụ, Al_(s) và Cl₂ đều có số oxi hóa bằng 0 vì chúng đang ở dạng không liên kết.
   • Chú ý rằng lưu huỳnh dạng S₈ - một dạng tồn tại hiếm gặp của lưu huỳnh, cũng có số oxi hóa bằng 0.
2. Xác định chất cần phân tích có phải là ion hay không. Đối với ion, số oxi hóa bằng chính số điện tích của ion. Quy tắc này áp dụng với cả ion tự do và ion trong các hợp chất.
   • Ví dụ, ion Cl^- có số oxi hóa là -1.
   • Trong hợp chất NaCl, ion Cl vẫn có số oxi hóa là -1. Vì theo định nghĩa, ion Na có điện tích là +1, ta cũng biết ion Cl có điện tích là -1, vì thế số oxi hóa của ion Cl cũng là -1.
3. Ion kim loại có thể có nhiều số oxi hóa. Các ion kim loại có thể có một hoặc nhiều điện tích. Ví dụ, ion sắt (Fe) có thể có điện tích là +2 hoặc +3. Điện tích của kim loại (cũng là số oxi hóa) có thể được xác định dựa trên mối quan hệ với điện tích của nguyên tử khác trong hợp chất, hoặc xác định bằng ký hiệu số la mã ở dạng chữ (ví dụ trong câu "Ion sắt (III) có điện tích là +3.")
   • Ví dụ, xét một hợp chất có chứa ion nhôm kim loại. Hợp chất AlCl₃ có tổng điện tích bằng 0. Bởi ta đã biết ion Cl^- có điện tích là -1 và có 3 ion Cl^- trong hợp chất, vì thế, để tổng điện tích của hợp chất bằng 0, ion Al phải có điện tích là +3. Do đó, số oxi hóa của Al là +3.
4. Oxi có số oxi hóa là -2 (trừ một số trường hợp đặc biệt). Trong ‘’phần lớn’’ các trường hợp, nguyên tử oxi có số oxi hóa là -2, trừ các trường hợp sau:
   • Khi oxi ở trạng thái đơn chất (O₂), số oxi hóa là 0, tương tự đối với các nguyên tử nguyên tố khác.
   • Khi oxi nằm trong hợp chất ‘’peroxit’’, số oxi hóa của oxi là -1. Peroxit là một nhóm hợp chất có liên kết đơn giữa hai nguyên tử oxi (hay anion O₂^-2). Ví dụ, trong phân tử H₂O₂ (nước oxi già), oxi có số oxi hóa (và điện tích) là -1. Tương tự, khi oxi nằm trong gốc oxi hóa hoạt tính cao (superoxide), số oxi hóa của oxi là -0,5.
   • Khi oxi liên kết với flo, số oxi hóa của nó là +2. Ta sẽ xét quy tắc đối với các hợp chất chứa Flo ở phần sau. Trong hợp chất (O₂F₂), số oxi hóa của oxi là +1.
5. Hidro có số oxi hóa là +1 (trừ trường hợp đặc biệt). Tương tự như oxi, số oxi hóa của hidro cũng thay đổi trong một số trường hợp ngoại lệ. Thông thường thì số oxi hóa của hidro là +1 (ngoại trừ trường hợp hidro trong đơn chất của nó H₂). Tuy nhiên, trong các hợp chất hidrit, hidro có số oxi hóa là -1.
   • Ví dụ, trong hợp chất H₂O, hidro có số oxi hóa là +1 vì oxi có điện tích là -2 và ta cần hai điện tích +1 để trung hòa điện tích tổng. Tuy nhiên, trong hợp chất Natri Hidrit, NaH, hidro có số oxi hóa là -1 vì ion Na có điện tích là +1, và tổng điện tích của NaH là 0, vì thế điện tích của hidro là -1 và cũng là số oxi hóa của hidro trong trường hợp này.
6. Flo luôn luôn có số oxi hóa là -1. Như đã nêu ở trên, số oxi hóa của một số nguyên tố có thể thay đổi do nhiều nguyên nhân (như trường hợp ion kim loại, nguyên tử oxi trong peroxit, v.v.). Tuy nhiên, số oxi hóa của Flo không thay đổi và bằng -1 trong tất cả các hợp chất có chứa nguyên tố này. Sở dĩ như vậy là vì flo là nguyên tố có độ âm điện lớn nhất – hay nói cách khác, nguyên tử Flo khó mất electron nhất so với nguyên tử các nguyên tố khác, ngược lại lại rất dễ hút electron từ nguyên tử nguyên tố khác. Vì thế, điện tích của Flo không thay đổi.
7. Số oxi hóa của một hợp chất bằng điện tích của hợp chất đó. Tổng số oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong một hợp chất phải bằng điện tích của hợp chất đó. Ví dụ, nếu một hợp chất không tích điện thì tổng số oxi hóa của mỗi nguyên tử trong hợp chất đó phải bằng 0; nếu điện tích của một hợp chất cấu thành bởi nhiều ion bằng -1 thì tổng số oxi hóa của các ion cấu thành hợp chất đó phải là -1.
   • Đây là một cách khá hay để kiểm tra lại kết quả bạn tìm được. Nếu tổng các số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất không bằng tổng điện tích của chất đó thì có lẽ bạn đã gán hoặc tính toán nhầm ở đâu đó.

Tìm số oxi hóa cho các nguyên tử không có quy tắc riêng về số oxi hóa

1. Tìm các nguyên tử không có quy tắc riêng về số oxi hóa. Một số nguyên tử không tuân theo một quy tắc nhất định nào về số oxi hóa. Nếu nguyên tử đó không tuân theo quy tắc đã nêu ở phần trên và bạn không biết rõ điện tích của nguyên tử đó (ví dụ, nguyên tử này là một phần của một hợp chất lớn hơn, do đó điện tích của nguyên tử không được cho trước), bạn có thể tìm được số oxi hóa của nguyên tử đó bằng cách loại trừ. Đầu tiên, bạn cần xác định số oxi hóa của tất cả các nguyên tử khác trong hợp chất, sau đó chỉ cần giải bài toán tìm số chưa biết dựa trên điện tích tổng của hợp chất.
   • Ví dụ, trong hợp chất Na₂SO₄, ta chưa biết điện tích của lưu huỳnh (S) – đồng thời nguyên tử lưu huỳnh lúc này không ở trạng thái đơn chất, vì thế số oxi hóa của nó khác 0. Đây là ví dụ mà ta sẽ dùng trong phần này.
2. Tìm số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố khác trong hợp chất. Sử dụng các quy tắc gán số oxi hóa ở phần trên, ta có thể tìm được số oxi hóa của các nguyên tử nguyên tố khác trong hợp chất. Hãy nhớ xét các trường hợp ngoại lệ đối với O, H, v.v.
   • Trong Na₂SO₄, dựa trên các nguyên tắc đã nêu, ta biết rằng ion Na có điện tích (cũng là số oxi hóa) là +1, nguyên tử oxi có số oxi hóa là -2.
3. Nhân số nguyên tử của mỗi nguyên tố với số oxi hóa của chúng. Sau khi xác định được số oxi hóa của tất cả các nguyên tử trừ ẩn số ta cần tìm, ta cần xét số lượng nguyên tử của cùng một nguyên tố trong hợp chất là bao nhiêu. Nhân số này (chỉ số được viết dưới chân và nằm sau kí hiệu hóa học nguyên tố đó trong hợp chất) với số oxi hóa.
   • Trong Na₂SO₄, ta thấy có 2 nguyên tử Na, 4 nguyên tử O. Vậy ta có 2 × +1, số oxi hóa của Na, được 2, và 4 × -2, số oxi hóa của O, được -8.
4. Cộng tổng các tích số tìm được. Cộng các tích số tìm được ta sẽ xác định được số oxi hóa của hợp chất mà ‘’không’’ xét đến số oxi hóa cần tìm.
   • Trong ví dụ về Na₂SO₄, ta có tổng của 2 và -8 là -6.
5. Tính số oxi hóa cần tìm dựa trên điện tích của hợp chất. Bằng các giá trị đã tính được, ta chỉ cần thực hiện phép tính cộng trừ đơn giản để tìm được số oxi hóa của nguyên tố đang xét. Lập một phương trình trong đó điện tích của hợp chất bằng tổng kết quả thu được ở bước trước cộng với số oxi hóa cần tìm. Hay nói cách khác là: (Tổng các số oxi hóa đã biết) + (số oxi hóa cần tìm) = (điện tích tổng của hợp chất).
   • Trong ví dụ về Na₂SO₄, ta có:
     • (Tổng các số oxi hóa đã biết) + (số oxi hóa cần tìm) = (điện tích tổng của hợp chất)
     • -6 + S = 0
     • S = 0 + 6
     • S = 6. Vậy S có số oxi hóa là +6 trong hợp chất Na₂SO₄.

Lời khuyên

• Trong một hợp chất không tích điện, tổng tất cả các số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất phải bằng 0. Nếu có một ion gồm 2 nguyên tử, tổng các số oxi hóa phải bằng điện tích của ion đó.
• Biết cách đọc bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và cách xác định vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn rất hữu ích trong bài toán xác định số oxi hóa.
• Các nguyên tử trong một đơn chất có số oxi hóa bằng 0. Một ion đơn nguyên tử có số oxi hóa bằng điện tích của ion đó. Nguyên tử các kim loại nhóm 1A ở trạng thái nguyên tố, ví dụ như khí hidro, đơn chất liti và natri, có số oxi hóa là +1; nguyên tử các kim loại nhóm 2A ở trạng thái nguyên tố, ví dụ như kim loại magie, canxi, có số oxi hóa là +2. Số oxi hóa của nguyên tử hidro và nguyên tử oxi phụ thuộc vào nguyên tử mà nó liên kết và loại liên kết.
• Một số mẹo giúp bạn có thể xác định sự khác nhau giữa sự oxi hóa và sự khử:
  • O (oxi hóa) cho, khử nhận.
  • Nguyên tử kim loại có xu hướng mất electron và tạo thành ion dương (sự oxi hóa)
  • Nguyên tử phi kim và á kim có xu hướng nhận electron và tạo thành ion âm (sự khử).
  • Một ion cũng có thể nhận hoặc cho đi electron để trở thành một ion có điện tích khác ion ban đầu, hoặc trở thành một nguyên tử trung hòa điện.

Những thứ bạn cần

• Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
• Kết nối internet, sách giáo khoa hóa học
• Giấy, bút
• Máy tính

Nguồn và Trích dẫn

• http://www.occc.edu/kmbailey/chem1115tutorials/oxidation_numbers.htm
• http://www.chemguide.co.uk/inorganic/redox/oxidnstates.html

Bài liên quan

• Chuyển đổi đơn vị từ gam sang mol
• Hóa học
• Nguyên tố hóa học
• Nguyên tử
• Hợp chất

• « Mới nhất
• ‹ Mới hơn
• Cũ hơn ›