AP Chemistry
oxidation
Còn gọi: oxi hóa · bị oxid hóa · species oxidized · quá trình oxi hóa · mất electron · sự oxi hóa

Sự oxid hóa là quá trình một chất mất electron, làm tăng số oxid hóa của nguyên tố đó trong hợp chất.
Sự oxi hóa mô tả quá trình một nguyên tử, ion hoặc phân tử nhường đi một hoặc nhiều điện tử. Khi điện tử bị mất đi, phần điện tích dương còn lại làm tăng số oxi hóa của nguyên tố tương ứng. Vì vậy, nhận diện sự oxi hóa có thể dựa vào hai dấu hiệu tương đương: chất ấy mất điện tử, hoặc số oxi hóa của nó tăng lên sau phản ứng.
Trong thực tế, sự oxi hóa không bao giờ xảy ra đơn lẻ. Mỗi điện tử mà chất này nhường ra phải được một chất khác nhận lấy, và quá trình nhận điện tử ấy gọi là sự khử. Do đó, hai nửa phản ứng (half-reaction) này luôn xuất hiện song song trong một phản ứng oxi hóa–khử (redox reaction). Chất bị oxi hóa đóng vai trò chất khử, vì chính nó nhường điện tử cho chất khác. Ngược lại, chất bị khử lại là chất oxi hóa — tên gọi dễ gây nhầm lẫn vì nó chỉ vai trò chứ không mô tả hành động mà chất ấy trải qua.
Nhờ theo dõi sự thay đổi số oxi hóa trước và sau phản ứng, thí sinh có thể xác định nguyên tố nào bị oxi hóa và nguyên tố nào bị khử, ngay cả trong những phản ứng mà việc chuyển điện tử không hiển nhiên. Tuy nhiên, cần nhớ rằng số oxi hóa chỉ là một công cụ quy ước, không phải lúc nào cũng phản ánh sự dịch chuyển điện tử thực tế. Cụ thể, trong nhiều liên kết cộng hóa trị (covalent bond), điện tử không thực sự dịch chuyển hoàn toàn mà chỉ lệch về phía nguyên tử có độ âm điện (electronegativity) lớn hơn.
Trực giác: Hãy coi electron như viên bi mang điện tích âm — khi nguyên tử buông tay thả bi ra, bản thân nó trở nên dương hơn, giống hệt cách sự oxid hóa làm tăng số oxid hóa.
1787Antoine LavoisierLouis-Bernard Guyton de MorveauFriedrich Wöhler
Cuối thế kỷ 18, các nhà hóa học Pháp bắt tay vào việc đặt lại tên cho toàn bộ ngành hóa học, thay các tên gọi tùy tiện bằng một hệ thống phản ánh thành phần chất. Trong hệ thống đó, oxy giữ vai trò trung tâm: phản ứng cháy và sự gỉ kim loại được hiểu là quá trình chất kết hợp với oxy để tạo thành oxide. Cái tên "oxidation" xuất hiện năm 1787 chính từ nhu cầu gọi tên quá trình ấy, rồi vào tiếng Anh qua một bản dịch năm 1789 của Robert Kerr. Về sau, khi các nguyên tố cho thấy nhiều mức kết hợp oxy khác nhau, khái niệm được mở rộng thành số oxid hóa.
Oxid hóa không phải là "kết hợp với oxygen".
Định nghĩa dùng trong đề thi là mất electron, tương đương với việc số oxid hóa (oxidation number) của nguyên tử tăng lên. Nhiều phản ứng bị oxid hóa hoàn toàn không có mặt oxygen: khi thì nickel bị oxid hóa vì nó nhường hai electron cho . Vì vậy khi đề hỏi chất nào bị oxid hóa, hãy truy số oxid hóa trước và sau chứ đừng đi tìm nguyên tử oxygen trong công thức.
Chất bị oxid hóa chính là chất khử, không phải chất oxid hóa.
Đây là chỗ đổi tên gây nhầm nhiều nhất: kim loại nhường electron thì bản thân nó bị oxid hóa, nhưng vai trò của nó là khử ion kim loại kia, nên nó được gọi là chất khử (reducing agent). Trong phản ứng giữa và , nhôm bị oxid hóa và đóng vai trò chất khử, còn bị khử và đóng vai trò chất oxid hóa (oxidizing agent). Khi viết câu trả lời tự luận, hãy nói rõ "bị oxid hóa" hay "là chất khử" đúng theo câu hỏi, vì hai cụm này mô tả cùng một chất nhưng chấm điểm theo hai ý khác nhau.
Cân bằng phản ứng oxid hóa – khử không phải chỉ cân bằng nguyên tử.
Điều kiện bắt buộc là số electron nhường trong nửa phản ứng (half-reaction) oxid hóa phải bằng đúng số electron nhận trong nửa phản ứng khử. Với nhôm và thiếc, mỗi nguyên tử nhường 3 electron còn mỗi ion chỉ nhận 2, nên phải lấy bội chung là 6: và Do đó hệ số nguyên nhỏ nhất là 2 cho nhôm và 3 cho thiếc, chứ không phải 1 và 1 như nhiều bạn viết theo phản xạ.
Số oxid hóa tăng vẫn là oxid hóa dù giá trị còn âm.
Học sinh hay nghĩ phải lên tới số dương mới gọi là bị oxid hóa, nên bỏ sót trường hợp chuyển từ lên hoặc từ lên . Quy tắc chỉ xét chiều di chuyển trên trục số: tăng là oxid hóa, giảm là khử, bất kể dấu. Nhờ đó bạn nhận ra ngay là quá trình oxid hóa, vì iodine đi từ lên .
Quiz câu thật từ ngân hàng đề
Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi nghe có vẻ vô lý với người mới học, vì ngày nay sự oxid hóa được định nghĩa là mất electron và nhiều phản ứng oxid hóa không hề có mặt oxy. Lý do nằm ở lịch sử: từ này được tạo ra từ "oxide", tức hợp chất của một chất với oxy, nên nghĩa gốc đúng là "sự kết hợp với oxy". Khi thấy nhiều nguyên tố tạo được hơn một oxide, các nhà hóa học cần cách gọi mức độ kết hợp oxy nhiều hay ít; trong sách giáo khoa năm 1835, Wöhler dùng chữ "oxydationsstufe" — bậc oxid hóa — và cách nói này còn lưu lại trong nhiều ngôn ngữ dưới dạng trạng thái oxid hóa (oxidation state) hay số oxid hóa (oxidation number). Nói cách khác, cái tên giữ lại dấu vết của một lý thuyết cũ, còn nội dung khái niệm thì đã mở rộng ra toàn bộ phản ứng oxid hóa - khử (redox).
Rút từng electron ra khỏi nguyên tử nhôm — nhìn điện tích leo lên +1, +2, +3
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Luôn viết hai nửa phản ứng kèm số electron ra giấy trước khi ghép.
Câu tự luận yêu cầu trình bày phương pháp, và giám khảo cho điểm ở bước cho thấy bạn đã làm bằng số electron trao đổi. Chỉ cần ba dòng ngắn: nửa oxid hóa, nửa khử, rồi phương trình đã nhân hệ số. Nếu chỉ ghi đáp án cân bằng mà không có dấu vết electron, bạn mất điểm quá trình dù kết quả đúng.
Với sơ đồ hạt, hãy đếm cả nguyên tử lẫn điện tích tổng ở hai bên.
Một sơ đồ đúng phải bảo toàn số nguyên tử mỗi loại và bảo toàn tổng điện tích, đồng thời tuân theo tỉ lệ electron: cứ 2 nguyên tử biến mất thì đúng 3 ion phải biến thành nguyên tử . Rất nhiều phương án nhiễu vẽ tỉ lệ 1 : 1 hoặc quên đổi thành trong dung dịch. Loại chúng bằng phép đếm chứ đừng chọn theo cảm giác hình nào "trông hợp lý".
Khi kết luận chất nào bị oxid hóa, hãy viết kèm con số chứng minh.
Câu trả lời được điểm trọn vẹn có dạng "nhôm bị oxid hóa vì số oxid hóa tăng từ lên ", chứ không phải chỉ nêu tên chất. Trong bài thực nghiệm về kim loại chưa biết, chính lập luận này giúp bạn chỉ ra kim loại nào hoạt động mạnh hơn khi phản ứng tự xảy ra. Một câu giải thích có số liệu luôn an toàn hơn một câu khẳng định suông.
Nhôm bị oxid hóa vì số oxid hóa của nó tăng từ lên khi nhả electron cho mỗi nguyên tử, theo nửa phản ứng ; phản ứng tổng là . Giản đồ đúng phải cho thấy sau phản ứng không còn ion nào, xuất hiện nguyên tử và ion , đồng thời vẫn còn nguyên tử dư.
Kim loại bị oxid hóa theo nửa phản ứng , còn mới là tiểu phân bị khử thành . Lượng khí mol tương ứng mol electron chuyển giao; chia cho các điện tích khả dĩ, chỉ trường hợp cho khối lượng mol g/mol phù hợp với một kim loại thật. Vậy ion tạo thành là và kim loại chính là nhôm.