Số oxi hóa — Quy tắc và cách xác định

Số oxi hóa cho biết cách electron được quy cho các nguyên tử trong một hợp chất hoặc ion. Đây là một công cụ ghi sổ để nhận biết sự oxi hóa và sự khử, không phải là khẳng định về điện tích đo được thực sự của nguyên tử trong mọi liên kết.

Nếu bạn cần cách làm nhanh, hãy dùng mẹo này: gán các giá trị chuẩn trước, cho tổng bằng điện tích toàn phần, rồi tìm giá trị chưa biết.

Các quy tắc số oxi hóa cần bắt đầu với

Phần lớn bài tập hóa học nhập môn có thể giải bằng các quy tắc sau:

1. Một nguyên tố ở dạng đơn chất chuẩn, chưa kết hợp, có số oxi hóa bằng $0$. Ví dụ: $Na$, $O_2$, và $Cl_2$.
2. Một ion đơn nguyên tử có số oxi hóa bằng đúng điện tích của nó. Vì vậy $Na^+$ là $+1$ và $S^{2-}$ là $-2$.
3. Trong một hợp chất trung hòa, tổng các số oxi hóa bằng $0$.
4. Trong một ion đa nguyên tử, tổng các số oxi hóa bằng điện tích toàn phần của ion.
5. Kim loại nhóm 1 thường có số oxi hóa $+1$, và kim loại nhóm 2 thường có số oxi hóa $+2$ trong các hợp chất của chúng.
6. Flo được gán số oxi hóa $-1$ trong các hợp chất của nó.
7. Oxi thường là $-2$, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Trong peoxit, nó là $-1$, và trong các hợp chất với flo thì oxi không nhận giá trị $-2$ thông thường.
8. Hiđro thường là $+1$ khi đi với phi kim và là $-1$ trong hiđrua kim loại.
9. Clo, brom và iot thường là $-1$ trong các hợp chất đơn giản, nhưng quy luật đó có thể thay đổi khi chúng liên kết với oxi hoặc flo.

Bạn không cần phải thuộc mọi ngoại lệ trước khi bắt đầu. Trong hầu hết bài tập cơ bản, hãy áp dụng các quy tắc chuẩn trước, rồi kiểm tra xem công thức có thuộc trường hợp ngoại lệ quen thuộc nào không.

Cách xác định số oxi hóa từng bước

Hãy dùng quy trình này:

1. Viết điện tích toàn phần của chất.
2. Điền các số oxi hóa thường được cố định theo quy tắc.
3. Gọi số oxi hóa chưa biết là $x$.
4. Lập tổng bằng điện tích toàn phần và giải ra $x$.
5. Kiểm tra xem bạn có dùng quy tắc nào có ngoại lệ hay không.

Bước cuối cùng này rất quan trọng. Một phương trình trông có vẻ đúng vẫn có thể cho ra đáp án sai nếu bạn ngầm cho rằng oxi luôn là $-2$ hoặc hiđro luôn là $+1$.

Ví dụ mẫu: Tìm mangan trong $KMnO_4$

Hãy tìm số oxi hóa của mangan trong kali pemanganat, $KMnO_4$.

Bắt đầu với các giá trị thường được cố định:

• kali, một kim loại nhóm 1, là $+1$
• oxi ở đây thường là $-2$

Gọi số oxi hóa của mangan là $x$. Vì $KMnO_4$ trung hòa điện, tổng các số oxi hóa phải bằng $0$:

$$1 + x + 4(-2) = 0$$

Vậy

$$1 + x - 8 = 0$$ $$x - 7 = 0$$ $$x = +7$$

Vậy mangan có số oxi hóa là $+7$.

Ví dụ này cho thấy toàn bộ phương pháp chỉ trong một lượt: điền các giá trị chuẩn, viết phương trình tổng điện tích và giải ẩn chưa biết.

Vì sao số oxi hóa quan trọng trong hóa học

Số oxi hóa giúp bạn nhìn ra điều gì thay đổi trong một phản ứng. Nếu số oxi hóa của một nguyên tố tăng lên, nguyên tố đó bị oxi hóa. Nếu số oxi hóa của nó giảm xuống, nguyên tố đó bị khử.

Đó là lý do số oxi hóa xuất hiện trong:

• xác định một phản ứng có phải phản ứng oxi hóa - khử hay không
• cân bằng phương trình oxi hóa - khử
• hiểu điện hóa học
• theo dõi hóa học của các chất chứa kim loại chuyển tiếp

Chúng là một hệ thống ghi sổ, không phải là bức tranh đầy đủ về liên kết hóa học. Dù vậy, đây thường là cách nhanh và đáng tin cậy nhất để thấy điều gì đang diễn ra trong một phản ứng.

Những lỗi thường gặp về số oxi hóa

Nhầm số oxi hóa với điện tích thực

Trong một ion đơn nguyên tử, số oxi hóa và điện tích ion trùng nhau. Trong nhiều hợp chất cộng hóa trị, số oxi hóa là một giá trị quy ước dùng để hạch toán electron. Không nên tự động hiểu nó là điện tích vật lý thực của nguyên tử.

Quên khớp tổng điện tích

Học sinh thường gán đúng các giá trị quen thuộc rồi dừng lại. Đáp án chỉ hoàn chỉnh khi tổng khớp với điện tích của hợp chất hoặc ion.

Áp dụng quy tắc của oxi hoặc hiđro quá rộng

Oxi thường là $-2$, nhưng peoxit là một ngoại lệ phổ biến. Hiđro thường là $+1$, nhưng trong hiđrua kim loại thì là $-1$. Nếu công thức thuộc nhóm ngoại lệ, cách làm tắt thông thường sẽ thất bại.

Đọc một số oxi hóa như thể nó kể toàn bộ câu chuyện phản ứng

Số oxi hóa giúp so sánh trạng thái giữa chất phản ứng và sản phẩm. Chỉ riêng một số oxi hóa dương không cho bạn biết điều gì đã thay đổi trong phản ứng. Bạn cần so sánh trước và sau.

Khi nào bạn dùng số oxi hóa

Bạn thường gặp số oxi hóa trong hóa học đại cương, phản ứng oxi hóa - khử, điện hóa học và hóa vô cơ. Chúng đặc biệt hữu ích khi phương trình không biểu diễn electron một cách tường minh nhưng bạn vẫn cần biết liệu sự oxi hóa và sự khử có xảy ra hay không.

Ngay cả ngoài lớp học, đây cũng là một kỹ năng đọc công thức rất thực tế. Nó giúp bạn hiểu các công thức như pemanganat, đicromat, sunfat và nhiều ion kim loại mà không cần học thuộc từng phản ứng riêng lẻ.

Thử một bài tương tự

Hãy thử tìm số oxi hóa của lưu huỳnh trong $SO_4^{2-}$. Oxi giữ giá trị thông thường là $-2$, nên việc chính là lập đúng phương trình tổng điện tích. Nếu muốn thử thêm một trường hợp nữa sau đó, hãy tìm nitơ trong $NO_3^-$.