Chất khử (Chất bị oxi hóa, Chất bị oxid hóa) là gì?

1. Khái niệm

Chất khử là chất cho điện tử được hay là chất có số oxi hóa tăng sau phản ứng. Chất khử sau khi cho điện tử sẽ tạo thành chất oxi hóa tương ứng. Do đó, chất khử còn được gọi là chất bị oxi hóa.
Thí dụ: Zn, Fe, Al
Chất khử càng mạnh khi càng dễ cho điện tử.
Cách nhớ: Khử cho, O nhận (Chất khử cho điện tử, chất oxi hóa nhận điện tử).

Chất khử (hay tác nhân khử) là một nguyên tố hóa học hay một hợp chất trong các phản ứng oxy hóa khử có khả năng khử một chất khác. Để thực hiện điều đó nó trở thành chất bị oxy hóa, và vì thế nó là chất cho điện từ trong phản ứng ôxi hóa khử. Chất khử đồng thời cũng là chất bị oxi Hóa.

Ví dụ, trong phản ứng dưới đây:

2Mg (rắn) + O₂ → 2MgO (rắn)

Chất khử trong phản ứng này là magiê. Magiê cho hai điện tử hóa trị và trở thành một ion, điều này cho phép nó cũng như ôxy trở nên bền vững.

Các chất khử như vậy cần phải được bảo vệ tốt trong không khí do chúng phản ứng với ôxy tương tự như phản ứng trên.

2. Độ mạnh yếu của chất khử

Một chất khử mạnh rất dễ dàng mất (hay cho) các điện tử. Hạt nhân của nguyên tử thu hút các điện tử quỹ đạo của nó. Đối với các nguyên tố mà nguyên tử của nó có bán kính nguyên tử tương đối lớn thì khoảng cách từ hạt nhân tới các điện tử là lớn hơn và lực thu hút (hấp dẫn) của nó là yếu hơn; do vậy, các nguyên tố này có xu hướng thể hiện tính khử cao hơn. Ngoài ra, các nguyên tố có độ âm điện thấp, thì khả năng của nguyên tử hay phân tử của nó trong việc thu hút các điện tử liên kết là yếu hơn và năng lượng ion hóa tương đối thấp của chúng cũng là lý do để chúng là các tác nhân khử mạnh hơn. Tiêu chuẩn đánh giá một chất trong việc dễ hay khó bị ôxi hóa/mất điện tử được gọi là thế ôxi hóa. Bảng dưới đây chỉ ra một số thế khử, có thể dễ dàng hoán chuyển thành thế ôxi hóa bằng cách đơn giản là đổi dấu trong giá trị của nó. Các chất khử có thể dễ dàng xếp hạng theo sự tăng lên (giảm xuống) trong thế ôxi hóa của chúng. Một chất khử là mạnh hơn khi nó có thế ôxi hóa có trị số lớn hơn và sẽ là chất khử yếu khi nó có thế ôxi hóa có trị số nhỏ hơn. Bảng dưới đây chỉ ra thế khử của một số chất khử ở điều kiện 25 °C. Ngoài ra cũng cần ghi nhớ là quá trình ôxi hóa là mất đi điện tử còn quá trình khử là thu điện tử.

Ví dụ nếu một người liệt kê Cu, Cl^-, Na và Cr theo trật tự giảm dần xuống của tính khử ở điều kiện như đề cập tại bảng trên thì người đó cần phải biết thế ôxi hóa của nó, đổi dấu trị số nhận được để có thế khử và so sánh chúng với nhau. Kết quả nhận được sẽ là Na, Cr, Cu và Cl^-; Na sẽ là chất khử mạnh nhất còn Cl^- là chất khử yếu nhất trong số 4 chất này.

Một số chất khử phổ biến bao gồm các kim loại kiềm và kiềm thổ như kali, canxi, bari, natri hay magiê, cũng như các hợp chất chứa ion H^-, những chất này bao gồm NaH, LiAlH₄ hay CaH₂.

3. Ứng dụng

Các chất khử và các chất ôxi hóa là các chất có tác dụng ăn mòn điện hóa, là "sự xuống cấp của các kim loại do kết quả của các hoạt động điện hóa". Quá trình này cần có 1 hay nhiều ion đảm nhận vai trò nhận điện tích (ion dương) và 1 hay nhiều ion đảm nhận vai trò cho điện tích (ion âm) để có thể xảy ra. Anôt là nguyên tố mất điện tử (chất khử), vì vậy quá trình ôxi hóa diễn ra tại anôt, còn catôt là nguyên tố thu nhận điện tử (chất ôxi hóa), vì thế quá trình khử luôn luôn diễn ra tại catôt. sự ăn mòn điện hóa diễn ra khi có sự chênh lệch về thế ôxi hóa. Khi điều này xảy ra, anôt kim loại sẽ bắt đầu bị hư hỏng dần đi do ở đó có một mạch điện khép kín thông qua chất điện phân.