TÀI LIỆU VỀ TRẠNG THÁI OXY HÓA Trạng thái ôxy hóa hay số ôxy hóa (hai khái niệm không hẳn đồng nhất) số mức ôxy hóa nguyên tử nguyên tố hóa học hợp chất hóa học Con số điện tích theo lý thuyết nguyên tử nguyên tố giả sử toàn số liên kết nguyên tử phân tử hợp chất liên kết ion Trạng thái ôxy hóa thường số nguyên, dương, âm Trong số trường hợp trạng thái ôxy hóa phân số, ví dụ trường hợp sắt có trạng thái ôxy hóa 8/3 hợp chấtôxít sắt từ (Fe3O4) Trạng thái ôxy hóa cao +8 (gặp nguyên tố rutheni, xenon, osmi iridi hợp chất tetraôxít chúng) trạng thái ôxy hóa thấp -4 (gặp số nguyên tố nhóm cacbon) Trong phản ứng ôxy hóa - khử diễn thay đổi trạng thái ôxy hóa nguyên tử Trạng thái ôxy hóa giảm gọi khử, trạng thái ôxy hóa tăng gọi ôxy hóa Quy tắc gán trạng thái ôxy hóa cho nguyên tử nguyên tố sau:[1] Trạng thái ôxy hóa nguyên tố đơn chất Tổng trạng thái ôxy hóa nguyên tố phân tử Trong ion đơn nguyên tử, trạng thái ôxy hóa nguyên tố điện tích ion Trong ion đa nguyên tử, tổng trạng thái ôxy hóa nguyên tố điện tích ion Trong hầu hết hợp chất trạng thái ôxy hóa hidrô +1, trừ trường hợp hiđrua kim loại (ví dụ natri hyđrua NaH, canxi hyđrua CaH2) Trạng thái ôxy hóa ôxy -2, trừ trường hợp ôxy florua OF2 perôxít (ví dụ hiđrô perôxít H2O2) Mục lục • • o • 1Quy tắc chung xác định trạng thái ôxy hóa mà không dùng cấu trúc Lewis 2Quy tắc chung xác định trạng thái ôxy hóa dùng cấu trúc Lewis 2.1Cấu trúc Lewis 3Tham khảo Quy tắc chung xác định trạng thái ôxy hóa mà không dùng cấu trúc Lewis Năm 1990, IUPAC chọn dùng quy tắc sau nhằm xác định trạng thái ôxy hóa nguyên tử nguyên tố hợp chất hóa học đơn giản mà không sử dụng công thức cấu tạo Lewis:[2] • • • Bất kỳ đơn chất - dù có cấu tạo gồm hai nguyên tử, ví dụ khí clo Cl2 - có trạng thái ôxy hóa Trong ion đơn nguyên tử, trạng thái ôxy hóa bới điện tích ion Ví dụ, anion sunfit S 2− có trạng thái ôxy hóa -2; cation liti Li+ có trạng thái ôxy hóa +1 Tổng trạng thái ôxy hóa tất nguyên tử phân tử ion đa nguyên tử với điện tích phân tử (bằng 0) hay ion đa nguyên tử Do đó, tính trạng thái ôxy hóa nguyên tố dựa vào trạng thái ôxy hóa nguyên tố khác Tổng trạng thái ôxy hóa tất nguyên tử phân tử Ví dụ, xét phân tử hợp chất cacbon điôxít CO2 Trong phân tử này, ôxy có trạng thái ôxy hóa -2 Từ tính trạng thái ôxy hóa cacbon +4 từ phương trình trạng thái ôxy hóa (C) + 2(-2) = 2 Tổng trạng thái ôxy hóa nguyên tử nguyên tố ion đa nguyên tử tổng điện tích ion Ví dụ, xét anion S2− (trong công thức SO32-) Theo quy tắc tổng trạng thái ôxy hóa phải -2, từ suy trạng thái ôxy hóa lưu huỳnh +4 thông qua phương trình trạng thái ôxy hóa (S) + 3(−2) = −2 Một số nguyên tố luôn có trạng thái ôxy hóa định (do có khả electron khả hút electron cao) Do vậy, kết hợp điều với quy tắc xác định trạng thái ôxy hóa nguyên tử nguyên tố lại (ví dụ xác định trạng thái ôxy hóa kim loại chuyển tiếp) hợp chất hóa học đơn giản Dưới số quy tắc khác dùng lúc ban đầu nhằm xác định trạng thái ôxy hóa nguyên tử số nguyên tố hợp chất đơn giản: • • • • • • Flo có trạng thái ôxy hóa -1 có khả hút electron cao Các nguyên tố nhóm halogen (trừ flo) có trạng thái ôxy hóa -1 trừ trường hợp liên kết với ôxy, với nitơ với halogen khác có khả hút electron mạnh Ví dụ, hợp chất brôm clorua (BrCl) trạng thái ôxy hóa clo -1, trạng thái ôxy hóa clo hợp chất clo florua (ClF) lại +1 (do khả hút electron flo mạnh clo) Hiđrô có trạng thái ôxy hóa +1 trừ trường hợp liên kết với nguyên tử nguyên tố có khả electron mạnh natri, nhôm bo, ví dụ NaH, NaBH4và LiAlH4 (hiđrô có trạng thái ôxy hóa -1) Ôxy hợp chất nhìn chung có trạng thái ôxy hóa -2 có ngoại lệ OF2 perôxít H2O2 Kim loại kiềm có trạng thái ôxy hóa +1 tất hợp chất có mặt chúng, trừ trường hợp hợp chất alkalide (hợp chất mà kim loại kiềm đóng vai trò anion) Kim loại kiềm thổ có trạng thái ôxy hóa +2 tất hợp chất có mặt chúng Quy tắc chung xác định trạng thái ôxy hóa dùng cấu trúc Lewis Có hai cách thông dụng để tính toán trạng thái ôxy hóa nguyên tử nguyên tố Cách thứ cách tính đại số trên; cách áp dụng hợp chất hóa học đơn giản không cần cấu trúc Lewis Cách thứ hai dùng phân tử có cấu trúc Lewis Nên nhớ trạng thái ôxy hóa nguyên tử nguyên tố không đại diện cho điện tích "thực" nguyên tử đó: điều đặc biệt trạng thái ôxy hóa cao lượng lượng ion hóa cần thiết để tạo ion dương lớn nhiều so với lượng có phản ứng hoá học Dù việc gán electron cho nguyên tử nhằm tính toán trạng thái ôxy hóa thực chất mang tính hình thức việc làm lại có ích muốn hiểu nhiều phản ứng hóa học Cấu trúc Lewis Nếu phân tử có cấu trúc Lewis gán trạng thái ôxy hóa cách tính mức chênh lệch số electron hóa trị nguyên tử trung hòa điện với số electron "thuộc" nguyên tử xét cấu trúc Lewis Nhằm mục đích tính toán trạng thái ôxy hóa, số electron liên kết nguyên tử nguyên tố khác xếp thuộc nguyên tử có khả hút electron mạnh hơn; đó, số electron liên kết nguyên tử nguyên tố phân cho nguyên tử; electron nằm cặp lẻ thuộc nguyên tử có cặp lẻ Ví dụ, xét trường hợp axit axêtic: Nguyên tử cacbon nhóm metyl có electron hóa trị thuộc cacbon có khả hút electron mạnh hiđrô Tiếp theo, nguyên tử cacbon có thêm electron từ liên kết với nguyên tử cacbon khác (C-C) số electron liên kết nguyên tử nguyên tố phân chia Như tổng cộng nguyên tử cacbon có electron Một nguyên tử cacbon trung hòa điện có electron hóa trị, suy mức chênh lệch - = -3 Do vậy, xét theo cấu trúc Lewis trạng thái ôxy hóa nguyên tử cacbon -3 Điều có nghĩa giả sử tất liên kết nguyên tử hợp chất liên kết ion (thực tế vậy) nguyên tử ký hiệu C3- Áp dụng tương tự quy tắc cho nguyên tử cacbon gốc axit thu trạng thái ôxy hóa +3, áp dụng cho nguyên tử ôxy thu trạng thái ôxy hóa -2  ... Tổng trạng thái ôxy hóa nguyên tử nguyên tố ion đa nguyên tử tổng điện tích ion Ví dụ, xét anion S2− (trong công thức SO32-) Theo quy tắc tổng trạng thái ôxy hóa phải -2, từ suy trạng thái ôxy hóa. .. trình trạng thái ôxy hóa (S) + 3(−2) = −2 Một số nguyên tố luôn có trạng thái ôxy hóa định (do có khả electron khả hút electron cao) Do vậy, kết hợp điều với quy tắc xác định trạng thái ôxy hóa. .. chất brôm clorua (BrCl) trạng thái ôxy hóa clo -1, trạng thái ôxy hóa clo hợp chất clo florua (ClF) lại +1 (do khả hút electron flo mạnh clo) Hiđrô có trạng thái ôxy hóa +1 trừ trường hợp liên