CUA PHAN UNG OXI HOÁ - KHU
2.2 KHÁI NIỆM HOA TRI VÀ SO OXI HOÁ
Khai niệm hóa trị gắn liền với khái niệm liên kết hóa học. Trong lich sử phát triên của Hóa học, tri thức của con người về hóa trị cũng như liên kết hóa học ngày càng sâu sắc và phong phú. Cho đến hiện nay có rat nhieu quan điểm, lí thuyết song
SVTH: Nguyễn Thi Phuong Vị 17
Khoá luận tết nghiệp GVHD: ThS. Ngõ Tấn Lạc
song tồn tại. Tuy nhiên, không có quan điểm, lí thuyết nào có thé giải thích tốt mọi van đề đặt ra trong thực tiễn. Vi vậy, trong mỗi trường hợp cụ thê cần có sự vận
đụng khác nhau.
2.2.1.1 Khái niệm hóa trị (nguyên tử số) 1852 của Franklan (Anh):
Hóa trị là con số biểu diễn khả năng nguyên tử của nguyên tô tham gia kết hợp
với một số nhất định nguyên tử của các nguyên tổ khác. Điều này giải thích tại sao phân tử có cấu tạo xác định và cũng là cơ sở cho kết luận về hóa trị ở lớp 8: “Hod trị của một nguyên tổ (hay nhóm nguyên tử) là con số biểu thị khả năng liên kết của
nguyên tứ (hay nhóm nguyên từ), được xác định theo hóa trị của H chọn làm don vị và hóa trị của O là 2 đơn vị ”
Vị dụ: Clo hóa trị 1 trong HCI, canxi hóa trị 2 trong CaO, nitro hóa trị 3 trong NH;
2.2.1.2 Thuyết điện từ về liên kết hóa học của Lewis và Kossel:
2212.1 —.ẽằ=-Ắ- (Đức): các nguyên tố có tính chất rất khác
nhau khi tham gia liền kết có sự cho và nhận electron tạo lớp vỏ bén vững giếng khí
trơ. Các nguyên tô âm điện sinh ra ion âm, các nguyên tô dương điện sinh ra ion
đương. Các ion đương và ion âm hút nhau bằng lực hút tĩnh điện, tạo liên kết ion
Do đó, một khái niệm mới về hóa trị da ra đời: Héa trị của một nguyên 16 duge tính bằng số electron mà một nguyên tử của chúng cho hay nhận. Nguyên tố cho electron sẽ có hóa trị dương, nguyên tố nhận electron sẽ cho hóa trị âm. Đó chính là
khái niệm điện hóa trị.
221.22 Thuyết công hóa trị của Lewis: thuyết này ra đời cùng thời với thuyết
điện hóa trị, nhưng khác với Kossel, Lewis cho rằng trong một số trường hợp, có
thể tạo thành liên kết bằng cách góp chung electron. Chúng tạo thành các hợp chất cộng hóa trị trong đó hóa trị của các nguyên tố bằng số cặp electron dùng chung. Đó
là khái niệm cộng hóa trị.
Đây là hai khái niệm hóa trị mới, cho biết bản chất các liên kết hóa học giữa các
xa bm tử trong hợp chất của oi Cộng hóa trị chỉ hóa trị của các nguyên tố đã
kết hợp với nhau, tạo thành hợp chất có liên kết cộng hóa trị. Còn điện hóa trị, chỉ
số điện tích dương hay âm của các nguyên tử hay nhóm nguyên tử (các ion) trong
hợp chất được tạo thành từ các ion đó.
Ví dụ: NaCl: hợp chất ion => điện hóa trị của Na là 1+; của Cl là 1-.
CH¡: hợp chất cộng hóa trị => cộng hóa trị của C là 4 của H là 1
Khái niệm này được đưa ra vào chương trình lớp 10 THPT .
Theo cơ học lượng tử, người ta không coi electron như một tiêu phân chuyển động với một vận tốc biết trước trong một quỹ đạo xác định mà chỉ tính xác suất có
mặt một cách thống kê của electron tại thời điểm nào đó trong không gian.
Thuyết hóa trị của Heitler và London được đưa ra năm 1927 đã cho phép giải
thích được bản chất của liên kết cộng hóa trị. Theo Heitler va London, điều kiện
trước tiên đề tạo liên kết hóa học giữa hai nguyên tử là chúng có những electron độc thân để có thé ghép đôi được. Vì vậy, hỏa trị của nguyên tô chính là số liên kết mà
một nguyễn tử nguyên tổ đó có thé tạo nên. Nó bằng số electron độc thân mà
Nguyên tử có.
Vị dụ: xét oxi vả lưu huỳnh, chúng đều thuộc phân nhóm chính nhóm VI, có 6
electron lớp ngoài cùng.
Cấu hình electron của nguyên tử oxi là 1s°2s°2p'
SVTH: Nguyễn Thi Phuong Vị 18
kKheá luận tết nghiệp GVHD; ThS. Ngô Tan Lạc
Oxi có 6e lớp ngoai cùng, được phân bố vảo các orbital như sau:
2s? 2p?
=> Oxi có 2e độc thân, trong các hợp chất nó có hóa trị 2.
Luu huỳnh có cấu hình electron là 1s?2s°2p"3s?3p'
Lưu huỳnh cũng có 6 electron lớp ngoài cùng, nhưng do có phân lớp 3d còn
trồng, nên ở trạng thái kích thích, nó có thể có nhiều hơn 2e độc thân.
TLL ô
3a!
2 2p?
ooo < *
gilt 2s? 2pie 7p ô
(1) 2s!
(1): trạng thái cơ ban, có 2e độc thân nên S có hóa trị 2. Ví dụ: H)S
(2): trạng thái kích thích thứ nhất, có 4e độc thân, S có hóa trị 4. Ví dụ: SO;
(3): trạng thái kích thích thứ hai, có 6e độc thân, S có hóa trị 6. Ví dụ: SO;
Phương pháp orbital phân tử (MO) cho ta một khái niệm tổng quát hơn về bản chất của liên kết cộng hóa trị. Theo phương pháp này, orbital phân tử là tổ hợp tuyến tính của các orbital nguyên tử, tạo thanh các orbital liên kết va phản liên kết.
Phương pháp MO đưa ra kết luận sau: đồng hóa trị của nguyên tố bằng tổng các orbital hóa trị tham gia vào liên kết gm cả các electron chưa ghép đôi, các orbital chứa cặp electron và các orbital tự do. Hoặc cũng có thể tính đông hóa trị của
nguyên tổ bằng tổng các liên kết cộng hóa trị và các liên kết cho nhận.
2.2.2 Số oxi hóa:
Số oxi hóa, còn được gọi là bậc oxi hóa, mức oxi hóa hay trạng thái oxi hóa.
Theo thuyết "điện hóa trị”, trong tat cả các hợp chất hóa học chỉ tổn tại liên kết ion, điện hóa trị có thể có giá trị dương và âm. Xuất phát từ đó đã hình thành nên khái niệm số oxi hóa
Định nghĩa: số oxi hóa của một nguyên tổ trong phân tử là điện tích của nguyên tử nguyên 16 đó trong phân tử, nếu giả định rằng liên kết giữa các
nguyên tử trong phan tử là liên ket ion. (sgk hóa học 10 - chương trình nâng cao)
Sô oxi hóa của một nguyên tố là một đại lượng cho biết khả năng cho hoặc nhận điện tử của nguyên tử nguyên tố đó trong một phân tử. Nó bằng điện tích xuất hiện trên nguyên tử nguyên tố đó với giả thiết tất cả phân tử các hợp chất đều gồm các ion - một - nguyên - tử tạo nên. Người ta qui ước, một liên kết cộng hóa trị phân cực (cỏ cực) coi như một liên kết ion, với các đôi điện tử góp chung bị kéo hẳn vẻ phía nguyễn tố nào có độ âm điện lớn hơn. ;
Như vậy, sô oxi hóa băng điện tích thật nêu đó là một liên kết ion, băng điện tích
qui ước (biểu kiến) nếu đó là một liên kết cộng hóa trị phân cực, Nó có thế mang số dương hoặc bằng không, hoặc số âm, được kí hiệu bằng chữ số Ả Rập và viết dấu
(+) hoặc (-) phía trước chit so. ~^
Khoá luận tết nghiệp GVHD: ThS. Ngé Tan Lạc
eee
Vi du: ;
NaCl Na’ Cl'(ionthatsu) => xx,=+1: xq=-1 (x:số oxi hóa}
CaO Ca” O* (ion that sx) => xc, = +23 XoTM-2
HCl(khi) H--C2 H°CL (ion biểu kiến)— xy =+1 ; xe =-Ì
H;O HOH H* OP H* (ion biểu kién) => xụ = +l;xo= -2
NH, (Amoniac) H->-N=<H H* N”H*
H H*
(ion biểu kiến) => xy = +l ; Xv =-3
{ š
CH, (Metan)
, H>C~<H HY CY HY
H H* ‡
(ion biểu kiến) => xy = +l ; xe = -4 2.2.2.1 Quy tắc xác định số oxi hóa:
2.2.2.1.1 Đối với hợp chất vô cơ:
, Thong ae so oar hội Lõi vật up te đem chất Pin Khong
“Hye =7. i hóa- TL "Si 1
Si 0) ih reS00 2S 4 aad
‘Ne (Ni)
QO; (ozon)
{O] (oxi nguyên tử)
¢ Trong hợp chat
Nguyén tắc: tông đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong hợp chat bằng không.
Ví dụ:
H,SO, 2Xụ + Xs + 4X = 0
K;€rn;O; 2X. + 2Xc; *7Xxo= 0
CyHằO ]2xc + 22xy + I 1x9 = 0
Đối với các hợp chất ion được tạo thành từ các ion một nguyên tử, số oxi hóa của
nguyên tế bằng điện tích của ion đó.
Ví dụ: trong hợp chat NaCl, số oxi hóa của Na bằng - +1 và của Cl là - |
Đối với các hợp chất cộng hóa trị có cấu tạo đã biết, khi giả thiết rằng các liên
kết cộng hóa trị phân cực chuyển thành liên kết ion thì số oxi hóa của nguyên tố
bảng điện tích của nguyên tử.
SVTH: Nguyễn Thi Phuong Vi 20
Khoa luận tết nghiệp GVHD: ThS. Ngé Tan Lậc
Vidu: +
Trong H;O, số oxi hóa của hidro là +1, của oxi là -2. a J5 5i
Lưu Ý:
- Trong các hợp chất, hidro hầu hết có số oxi hóa bằng +1. Nhưng H trong các hidrua kim loại có số oxi hóa bằng -1.
HNO,
C,;H,OH
CaH; (Canxi hidrua
- Oxi: trong hợp chất hau hết có số oxi hóa bằng -2. Nhưng O trong các peoxit (- O-O-) có số oxi hóa bằng -1. O trong hợp chất với Flo (OF) có số oxi hóa bằng +2.
HNO; =
KMnO,
- Số oxi hóa của kim loại phải là số dương, nhưng số oxi hóa của phi kim có thể
dương hoặc am
Ví dụ:
Ví dụ: xác định số oxi hóa của lưu huỳnh (kí hiệu lả xs) trong H;SO¿:
Giải; theo nguyên tắc chung, ta có:
2(+1) + xs + 4(-2) = 0 => xs = +6
© Trong ion
Tổng đại số số oxi hóa của các nguyên tử trong lon bằng điện tích của ion.
Yí dụ: xác định số oxi hóa của Cr (xc,) trong ion Cr;O;?”
Xo = -2
Xn + 4xy = +1
Sự biến đôi số oxi hóa của các nguyên tố trong bảng tuân hoàn:
Các nguyén tổ thuộc phan nhóm chính:
| Phânnhóm | I, | HẠ | IHẠ | IVẠ | VụẠ | VIA -
tc” ngoai cùng | ly le [n oe
war | [ato cao nhat [ = [s | ô|
| Số oxi hóa dương | | — | +t | +2 | +3 | +25 +4 |
SVTH: Nguyễn Thi Phương Vi 21
Kheá luận tết nghiệp GVHD, ThS. Ngô Tấn Lạc
: sé oxi hóa cũng biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân.
- _ Số oxi hóa đương cao nhất của các nguyên t6 bằng số nhóm.
- Bất đầu từ nhóm IV, các nguyên tế mới thể hiện mức oxi hóa âm.
Các nguyên tế chuyển tiếp: sự biến đổi số oxi hóa của các nguyên tố chuyển tiếp khá phức tạp, các nguyên tố chuyển tiếp chi thé hiện số oxi hóa dương hoặc bằng 0.
Ví dụ: xác định số oxi hóa của Mn trong MnO; và KMnO,.
MnO:: xu + 2(-2) = ệ => Xw¿ = +4
KMnOg: +1 + xua + 4(-2) = 0 => Xw¿ = +7
Đồi với các tiểu phân có chứa nhiều nguyên tử của cùng một nguyên tố, nhưng ở trạng thái oxi hóa khác nhau, để xác định số oxi hóa của nguyên tố, không áp dụng được quy tắc trên (vi chỉ xác định được số oxi hóa trung bình của nguyên tỗ) mà phải dựa vào công thức cấu tạo của tiểu phân.
Ví dụ: xác định số oxi hóa của S trong axit thiosunfuric.
Axit thiosunfuric có cấu tạo phân tử tương tự như axit sunfuric, nhưng có hai
công thức: a a
ag a ô4