Số oxi là một chỉ số cho biết mức độ mà một nguyên tố đã chấp nhận hoặc nhận điện tử trong một phản ứng hóa học. Số oxi hóa của một nguyên tố có thể dương, âm hoặc bằng 0. Để hiểu rõ hơn, mời bạn đọc theo dõi bài viết dưới đây!
1. Số oxi hóa là gì?
Để hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của một hợp chất, người ta sử dụng số oxi hóa để xác định tình trạng oxi hóa của các nguyên tố trong hợp chất đó. Số oxi hóa của một nguyên tố được định nghĩa là một số đại số được gán cho nguyên tử của nguyên tố đó theo những quy tắc nhất định.
Số oxi hóa có thể được hiểu là một chỉ số cho biết mức độ mà một nguyên tố đã chấp nhận hoặc nhận điện tử trong một phản ứng hóa học. Số oxi hóa của một nguyên tố có thể dương, âm hoặc bằng 0. Nếu số oxi hóa của một nguyên tố trong một hợp chất là dương, điều đó có nghĩa là nguyên tố đó đã mất điện tử. Nếu số oxi hóa của một nguyên tố trong một hợp chất là âm, điều đó có nghĩa là nguyên tố đó đã nhận điện tử. Trong khi đó, nếu số oxi hóa của một nguyên tố trong một hợp chất là 0, điều đó có nghĩa là nguyên tố đó không chấp nhận hoặc nhận điện tử.
Số oxi hóa được biểu diễn bằng chữ số thường, dấu đặt phía trước và được đặt ở trên kí hiệu nguyên tố. Ví dụ, số oxi hóa của nguyên tố sắt (Fe) trong hợp chất Fe2O3 là +3, trong khi số oxi hóa của nguyên tố oxi (O) trong cùng hợp chất là -2. Việc xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong một hợp chất là rất quan trọng để hiểu rõ về tính chất hóa học của hợp chất đó và có thể sử dụng để dự đoán các phản ứng hóa học tiếp theo. Chẳng hạn, nếu một nguyên tố có số oxi hóa âm trong một hợp chất, thì nó có khả năng tham gia phản ứng ôxi hóa khử để giảm số oxi hóa của nó và chuyển thành một nguyên tố khác có số oxi hóa dương trong phản ứng đó.
2. Cách xác định số oxi hóa và 4 quy tắc quan trọng bạn nên nhớ:
Khi xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất, chúng ta có thể sử dụng quy tắc hóa học hoặc một số mẹo tính toán để giải quyết các trường hợp đặc biệt, như trong trường hợp các nguyên tử không có quy tắc riêng về số oxi hóa.
Một trong những quy tắc chính được sử dụng để xác định số oxi hóa của các nguyên tử là quy tắc của nguyên tố clo (Cl). Theo quy tắc này, nguyên tố clo có số oxi hóa bằng -1 trong hầu hết các trường hợp, trừ khi nó kết hợp với nguyên tố oxi (O), halogen khác, hoặc nguyên tố clo khác trong các phân tử như ClO2, ClO3, ClO4.
Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng một số mẹo tính toán khác để xác định số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất. Một trong những mẹo đó là xem xét điện tích của ion hoặc nhóm chức của phân tử, từ đó suy ra số oxi hóa của nguyên tử đó. Chẳng hạn, trong ion SO4(2-), các nguyên tử oxy có số oxi hóa bằng -2, trong khi đó nguyên tử lưu huỳnh có số oxi hóa bằng +6.
Ngoài ra, chúng ta cũng có thể tìm hiểu cấu trúc phân tử để xác định số oxi hóa của các nguyên tử. Trong trường hợp phân tử có các liên kết cộng hóa trị có tính cách ion, ta có thể tính toán mức độ chênh lệch điện âm giữa các nguyên tử trong phân tử để xác định số oxi hóa của từng nguyên tử.
Vì vậy, việc xác định chính xác số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chất là rất quan trọng để có thể hiểu được tính chất hóa học của các hợp chất này. Sử dụng quy tắc hóa học và các mẹo tính toán được đề cập trên sẽ giúp chúng ta xác định số oxi hóa chính xác và đảm bảo tính chính xác của các tính toán hóa học.
3. Xác định số oxi hóa dựa trên các quy tắc hóa học:
Số oxi hóa của một nguyên tố là một đại lượng quan trọng trong phản ứng hoá học, và được xác định theo các quy tắc sau:
Quy tắc 1: Số oxi hóa của các nguyên tố trong đơn chất bằng 0. Ví dụ: số oxi hóa của Cu, Zn, H, N, O trong đơn chất Cu, Zn, H2, N2, O2… đều bằng 0. Điều này có nghĩa là trong đơn chất, các nguyên tố không tham gia trao đổi electron với các nguyên tố khác, do đó số oxi hóa của chúng là 0.
Quy tắc 2: Tổng số oxi hóa của các nguyên tố trong một phân tử bằng 0. Tức là, tổng số oxi hóa của các nguyên tố được nhân với số nguyên tử của từng nguyên tố trong phân tử đó bằng 0. Ví dụ, trong phân tử H2O, số oxi hóa của H là +1 và số oxi hóa của O là -2. Tổng số oxi hóa của H và O trong phân tử H2O là (+1) x 2 + (-2) x 1 = 0.
Quy tắc 3: Số oxi hóa của nguyên tố trong ion nguyên tử bằng điện tích của ion đó. Trong ion đơn giản, số oxi hóa của nguyên tố bằng điện tích của ion đó. Ví dụ, trong ion Na+, số oxi hóa của Na là +1. Trong ion SO42-, số oxi hóa của S là +6 và số oxi hóa của O là -2. Trong ion Fe(CN)63-, số oxi hóa của Fe là +3 và tổng số oxi hóa của 6 nguyên tố C và 18 nguyên tố N là -3.
Quy tắc 4: Trong hầu hết các hợp chất, số oxi hóa của hiđro bằng +1, trừ một số trường hợp hidro kim loại (như NaH, CaH2…). Số oxi hóa của oxi bằng -2, trừ một số trường hợp như OF2, peoxit (ví dụ H2O2). Quy tắc này giúp chúng ta xác định số oxi hóa của các nguyên tố trong các hợp chất phức tạp, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của chúng.
Về cơ bản, số oxi hóa của một nguyên tố là một chỉ số cho biết nguyên tố đó đã mất hay nhận bao nhiêu electron trong phản ứng hóa học. Chúng ta có thể áp dụng các quy tắc trên để xác định số oxi hóa của một nguyên tố trong một hợp chất hoặc một phản ứng hóa học. Việc hiểu rõ về số oxi hóa cũng giúp chúng ta dễ dàng hơn trong việc dự đoán các phản ứng hóa học và tính toán các khối lượng chất trong các phản ứng đó.
4. Tìm số oxi hóa cho các nguyên tử không có nguyên tắc riêng về số oxi hóa:
Khi thực hiện
Bước đầu tiên là xác định số oxi hóa của tất cả các nguyên tử khác trong hợp chất bằng cách sử dụng các quy tắc đã biết. Tuy nhiên, đối với một số nguyên tố như O và H, có một số trường hợp ngoại lệ mà chúng ta cần phải lưu ý.
Sau khi xác định được số oxi hóa của các nguyên tử khác trong hợp chất, chúng ta sẽ tiến hành tính toán số oxi hóa của nguyên tử chưa biết dựa trên điện tích tổng hợp của hợp chất. Để làm điều này, chúng ta sẽ thực hiện nhân số nguyên tử của mỗi nguyên tố với số oxi tương ứng. Sau đó, chúng ta cần xem xét số lượng nguyên tử của cùng một nguyên tố trong hợp chất là bao nhiêu và tiếp tục nhân chỉ số được viết dưới chân nằm sau khí hiệu hóa học với số oxi hóa.
Bước tiếp theo là cộng tổng các tích số tìm được. Kết quả này sẽ cho ta tổng số điện tích của hợp chất.
Cuối cùng, chúng ta sẽ tính toán số oxi hóa của nguyên tử chưa biết dựa trên điện tích tổng hợp của hợp chất. Bằng cách sử dụng công thức: Tổng oxi hóa đã biết + số oxi hóa cần tìm = điện tích tổng của hợp chất, ta có thể dễ dàng tìm được số oxi hóa cần tìm.
Quy trình này là khá đơn giản và có thể được áp dụng để tìm số oxi hóa của các nguyên tử trong hầu hết các hợp chất. Tuy nhiên, nếu các nguyên tử trong hợp chất có các tương tác phức tạp hoặc các trường hợp đặc biệt khác, chúng ta cần sử dụng các phương pháp khác nhau để xác định số oxi hóa.
Tóm lại, phương pháp loại trừ là một cách tiếp cận hiệu quả để tìm số oxi hóa của các nguyên tử trong một hợp chất. Khi thực hiện, chúng ta cần lưu ý các trường hợp ngoại lệ và tuân theo quy trình tính toán chính xác để đạt được kết quả tốt nhất.
5. Bài tập để luyện tập và lời giải:
Ví dụ 1: Số oxi hóa của nitơ trong NH4+, NO2- và HNO3 là:
A. +5, – 3, +3.
B. -3, +3, +5.
C. +3, -3, +5.
D. +3, +5, -3.
Câu trả lời gợi ý:
Đáp án đúng là B. Giải thích:
Gọi số oxi hóa của N trong các hợp chất là X. Ta có:
NH4+: X + 4 = 1 ⇒ X = -3 ⇒ Số oxi hóa của N trong NH4+ là -3.
NO2- : X + 2 x(-2) = -1 ⇒ X = 3 ⇒ số oxi hóa của N trong NO2- là +3.
HNO3: 1 + X + 3x(-2) = 0 ⇒ X = 5 ⇒ số oxi hóa của N trong HNO3 là +5.
Ví dụ 2:
Số oxi hóa của Mn, Fe trong Fe3+, SO3 mạnh, P trong PO43- là:
A. 0, +3, +6, +5.
B. 0, +3, +5, +6.
C. +3, +5, 0, +6
D. +5, +6, +3, 0.
Câu trả lời gợi ý:
Câu trả lời đúng là A. Giải thích:
Mn là nguyên tố thuần túy nên nó có số oxi hóa 0.
Fe3+ có số oxi hóa +3.
SO3 : X + 3 x(-2) = 0 ⇒ X = 6 ⇒ Số oxi hóa của S là +6.
PO4(3)-: X + 4 x (-2) = -3 ⇒ X = 5 ⇒ Số oxi hóa của P là +5.
Ví dụ 3:
Xác định số thứ tự oxi hóa của các nguyên tố trong các phân tử và ion sau: CO2, H2O, SO3, NH3, NO, NO2, Na+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Al3+.
Câu trả lời gợi ý:
O có số oxi hóa là -2; H có số oxi hóa là +1 => Số oxi hóa của nguyên tố trong phân tử và ion là:
CO2: X + 2 x(-2) = 0 ⇒ X = 4 ⇒ C có số oxi hóa +4 trong CO2
H2O: H có số oxi hóa +1, O có số oxi hóa -2.
SO3: X + 3 x(-2) = 0 X = 6 ⇒ S có số oxi hóa +6 trong SO3
NH3: X + 3 x 1 = 0 X = -3 N có số oxi hóa -3 trong NH3
NO: X + 1 x(-2) = 0 X = 2 ⇒ N có số oxi hóa +2 trong NO
NO2: X + 2 x(-2) = 0 ⇒ X = 4 ⇒ N có số oxi hóa +4 trong NO2
Cu2+ có số oxi hóa là +2.
Na+ có số oxi hóa là +1.
Fe2+ có số oxi hóa là +2.
Fe3+ có số oxi hóa +3.
Al3+ có số oxi hóa +3.
Ví dụ 4: Số oxi hóa của các nguyên tố trong ion K+; Ca 2+; Cl-; S 2- lần lượt bằng +1, +2, -1, -2.
Ví dụ 5: Tính số oxi hóa(X) của nitơ trong amoniac NH3, axit nitro HNO2 và anion nitrat NO3-.
Trong NH3: X + 3 x (+1) = 0 => X = -3.
Trong HNO2: (+1) + X + 2 x (-2) = 0 => X = +3.
Trong NO3-: X + 3 x (-2) = -1 => X = +5.
Ví dụ 6: Cần xác định số oxi hóa của lưu huỳnh trong hợp chất Na2SO4, ta sẽ thực hiện các bước sau:
Bước 1: Ta xác định số oxi hóa của natri và oxi lần lượt là +1 và -2.
Bước 2: oxi hóa của Na = 2 x (+1) = 2; O = 4 x (-2) = -8.
Bước 3: Tổng oxi hóa của Na và O là 2 + (-8) = -6.
Bước 4: Gọi X là số oxi hóa của S, ta có: -6 + X = 0 => X = +6
