|
'''Trạng thái ôxyoxy hóa''' hay '''số ôxyoxy hóa''' (hai khái niệm không hẳn đồng nhất) là số chỉ mức [[ôxyoxy hóa]] của nguyên tử của [[nguyên tố hóa học]] trong một [[hợp chất]] hóa học. Con số này chính là điện tích theo lý thuyết của nguyên tử của nguyên tố đó nếu giả sử toàn bộ số liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử hợp chất đều là [[liên kết ion]]. Trạng thái ôxyoxy hóa thường là số nguyên, có thể dương, âm hoặc bằng 0. Trong một số trường hợp trạng thái ôxyoxy hóa là phân số, ví dụ trường hợp sắt có trạng thái ôxyoxy hóa bằng 8/3 trong hợp chất [[ôxítSắt(II,III) oxit|oxit sắt từ]] ({{chem|Fe|<sub>3|</sub>O|<sub>4}}</sub>). Trạng thái ôxyoxy hóa cao nhất là +8 (gặp ở các nguyên tố [[rutheni]], [[xenon]], [[osmi]] và [[iridi|iriđi]] trong các hợp chất tetraôxíttetroxit của chúng) trong khi trạng thái ôxyoxy hóa thấp nhất là -4 (gặp ở một số nguyên tố trong [[nhóm cacbon]]).
Trong [[phản ứng ôxyoxy hóa khử]] diễn ra sự thay đổi trạng thái ôxyoxy hóa của [[nguyên tử]]. Trạng thái ôxyoxy hóa giảm thì gọi là sự khử, trong khi trạng thái ôxyoxy hóa tăng thì gọi là sự ôxyoxy hóa.
Quy tắc gán trạng thái ôxyoxy hóa cho nguyên tử của nguyên tố như sau:<ref>Lê Xuân Trọng (chủ biên) (2007), Sách giáo khoa ''Hóa học 10 Nâng cao'', tái bản lần 1, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, trang 89</ref>
# Trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tố trong đơn chất thì bằng 0.
# Tổng trạng thái ôxyoxy hóa của các nguyên tố trong một phân tử thì bằng 0.
# Trong các ion đơn nguyên tử, trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tố bằng điện tích của ion đó. Trong các ion đa nguyên tử, tổng trạng thái ôxyoxy hóa của các nguyên tố bằng điện tích của ion.
# Trong hầu hết các hợp chất thì trạng thái ôxyoxy hóa của [[hidrôhydro]] là bằng +1, trừ trường hợp hiđruahydrua kim loại (ví dụ [[natri hyđruahydrua]] NaH, [[canxi hyđruahydrua]] {{chem|CaH|<sub>2}}</sub>). Trạng thái ôxyoxy hóa của ôxy[[oxy]] là bằng -2, trừ trường hợp ôxy[[oxy florua]] {{chem|OF|<sub>2}}</sub> và perôxítpeoxit (ví dụ [[hiđrôhydro perôxítpeoxit]] {{chem|H|<sub>2|</sub>O|<sub>2}}</sub>).
== Quy tắc chung xác định trạng thái ôxyoxy hóa mà không dùng cấu trúc Lewis ==
Năm 1990, [[IUPAC]] chọn dùng các quy tắc sau nhằm xác định trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tử của nguyên tố trong các hợp chất hóa học đơn giản mà không sử dụng [[Cấu trúc Lewis|công thức cấu tạo Lewis]]:<ref name=goldbook>''[[Gold Book]]'', [[IUPAC]], [http://goldbook.iupac.org/O04365.html Mục ''oxidation state''] [http://www.iupac.org/goldbook/O04365.pdf PDF]</ref>
* Bất kỳ đơn chất nào -– dù có cấu tạo gồm hai nguyên tử, ví dụ khí [[clo]] {{chem|Cl|<sub>2}}</sub> -– đều có trạng thái ôxyoxy hóa bằng 0.
* Trong các ion đơn nguyên tử, trạng thái ôxyoxy hóa bằng bới điện tích của ion. Ví dụ, anion sunfua S<sup>2−</sup> có trạng thái ôxyoxy hóa bằng -2; cation [[liti]] Li<sup>+</sup> có trạng thái ôxyoxy hóa bằng +1.
* Tổng trạng thái ôxyoxy hóa của tất cả các nguyên tử trong phân tử hoặc ion đa nguyên tử thì bằng với điện tích của phân tử (bằng 0) hay ion đa nguyên tử đó. Do đó, có thể tính ra trạng thái ôxyoxy hóa của một nguyên tố dựa vào trạng thái ôxyoxy hóa của các nguyên tố khác.
# Tổng trạng thái ôxyoxy hóa của tất cả các nguyên tử trong một phân tử thì bằng 0. Ví dụ, xét phân tử hợp chất [[cacbon điôxítđioxit]] {{chem|CO|2}}. Trong phân tử này, ôxyoxy có trạng thái ôxyoxy hóa bằng -2. Từ đó có thể tính ra trạng thái ôxyoxy hóa của cacbon bằng +4 từ phương trình trạng thái ôxyoxy hóa (C) + 2(-2) = 0.
# Tổng trạng thái ôxyoxy hóa của các nguyên tử của các nguyên tố trong một ion đa nguyên tử bằng tổng điện tích của ion đó. Ví dụ, xét anion S<sup>2−</sup> (trong công thức SO<sub>3</sub><sup>2-2−</sup>). Theo quy tắc thì tổng trạng thái ôxyoxy hóa ở đây phải bằng -2, từ đó suy ra trạng thái ôxyoxy hóa của lưu huỳnh ở đây là +4 thông qua phương trình trạng thái ôxyoxy hóa (S) + 3(−2-2) = −2-2.
Một số nguyên tố hầu như luôn luôn chỉ có một trạng thái ôxyoxy hóa nhất định (do có khả năng mất electron hoặc khả năng hút electron rất cao). Do vậy, khi kết hợp điều này với các quy tắc trên thì có thể xác định được trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tử của nguyên tố còn lại (ví dụ xác định trạng thái ôxyoxy hóa của kim loại chuyển tiếp) trong hợp chất hóa học đơn giản.
Dưới đây là một số quy tắc khác có thể dùng lúc ban đầu nhằm xác định trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tử của một số nguyên tố trong hợp chất đơn giản:
* Flo có trạng thái ôxyoxy hóa bằng -1 do nó có khả năng hút electron cao nhất.
* Các nguyên tố nhóm [[halogen]] (trừ flo) có trạng thái ôxyoxy hóa bằng -1 trừ các trường hợp khi liên kết với ôxyoxy, với nitơ hoặc với các halogen khác có khả năng hút electron mạnh hơn. Ví dụ, trong hợp chất brôm[[brom clorua]] (BrCl) thì trạng thái ôxyoxy hóa của clo là -1, nhưng trạng thái ôxyoxy hóa của clo trong hợp chất [[clo florua]] (ClF) lại là +1 (do khả năng hút electron của flo mạnh hơn clo).
* HiđrôHydro có trạng thái ôxyoxy hóa là +1 trừ trường hợp khi liên kết với các nguyên tử của nguyên tố có khả năng mất electron mạnh hơn như [[natri]], [[nhôm]] và [[bo]], ví dụ NaH, {{chem[[Natri borohydrua|NaBH|<sub>4}}</sub>]] và {{chem[[Liti nhôm hydrua|LiAlH|<sub>4}}</sub>]] (hiđrô khi nàyhydro có trạng thái ôxyoxy hóa bằng -1).
* ÔxyOxy trong hợp chất nhìn chung có trạng thái ôxyoxy hóa bằng -2 mặc dù cũng có các ngoại lệ như {{chem|OF|<sub>2}}</sub> và perôxítpeoxit như {{chem|H|<sub>2|</sub>O|<sub>2}}</sub>.
* Kim loại kiềm có trạng thái ôxyoxy hóa bằng +1 trong hầu như tất cả các hợp chất có mặt chúng, trừ trường hợp hợp chất [[alkalide]] (hợp chất mà trong đó kim loại kiềm đóng vai trò là anion).
* Kim loại kiềm thổ có trạng thái ôxyoxy hóa bằng +2 trong hầu như tất cả các hợp chất có mặt chúng.
== Quy tắc chung xác định trạng thái ôxyoxy hóa dùng cấu trúc Lewis ==
Có hai cách thông dụng để tính toán trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tử của một nguyên tố. Cách thứ nhất là cách tính đại số như trên; cách này áp dụng đối với các hợp chất hóa học đơn giản không cần [[cấu trúc Lewis]]. Cách thứ hai được dùng đối với phân tử có cấu trúc Lewis.
Nên nhớ rằng trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tử của nguyên tố không đại diện cho điện tích "thực" của nguyên tử đó: điều này đặc biệt đúng đối với các trạng thái ôxyoxy hóa cao khi lượng [[năng lượng ion hóa]] cần thiết để tạo ra một ion dương lớn hơn rất nhiều so với năng lượng có trong phản ứng hoá học. Dù việc gán electron cho các nguyên tử nhằm tính toán trạng thái ôxyoxy hóa thực chất chỉ mang tính hình thức nhưng việc làm này lại có ích nếu muốn hiểu được nhiều phản ứng hóa học.
===Cấu trúc Lewis===
Nếu một phân tử có cấu trúc Lewis thì có thể gán trạng thái ôxyoxy hóa bằng cách tính mức chênh lệch giữa số [[electron hóa trị]] của nguyên tử trung hòa về điện với số electron "thuộc" về nguyên tử đó xét trong cấu trúc Lewis. Nhằm mục đích tính toán trạng thái ôxyoxy hóa, số electron liên kết giữa các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau được xếp thuộc về nguyên tử có khả năng hút electron mạnh hơn; trong khi đó, số electron liên kết giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố thì được phân đều cho các nguyên tử; electron nằm trong [[cặp lẻ]] thì chỉ thuộc về nguyên tử có cặp lẻ đó.
Ví dụ, xét trường hợp [[axit axêticacetic]]:
[[Hình:Acetic acid structures4.png|phải|400px|Hình vẽ cấu trúc phân tử axit axêtic]]
Nguyên tử cacbon trong nhóm metyl có 6 electron hóa trị thuộc về nó do cacbon có khả năng hút electron mạnh hơn hiđrôhydro. Tiếp theo, nguyên tử cacbon này có thêm 1 electron nữa từ liên kết với nguyên tử cacbon khác ([[liên kết cacbon-cacbon|C-C]]C–C) do số electron liên kết giữa các nguyên tử cùng nguyên tố thì được phân chia đều. Như vậy tổng cộng nguyên tử cacbon này có 7 electron. Một nguyên tử cacbon trung hòa về điện thì chỉ có 4 electron hóa trị, suy ra mức chênh lệch là 4 -− 7 = -3. Do vậy, xét theo cấu trúc Lewis thì trạng thái ôxyoxy hóa của nguyên tử cacbon này là -3. Điều đó có nghĩa là nếu giả sử tất cả các liên kết giữa các nguyên tử trong hợp chất này là liên kết ion (thực tế không phải vậy) thì nguyên tử này được ký hiệu C<sup>3-3−</sup>.
Áp dụng tương tự quy tắc trên cho nguyên tử cacbon trong gốc axit thì thu được trạng thái ôxyoxy hóa của nó là +3, áp dụng cho nguyên tử ôxyoxy thì thu được trạng thái ôxyoxy hóa là -2.
== Tham khảo ==
| 