Phản ứng oxi hóa khử, viết tắt của phản ứng oxy hóa khử, là các quá trình hóa học trong đó các electron được chuyển giao giữa hai chất. Những phản ứng này là nền tảng để hiểu các hiện tượng vật lý và hóa học khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực điện hóa học.
Trong các phản ứng oxi hóa khử, quá trình oxy hóa và khử xảy ra đồng thời. Quá trình oxy hóa liên quan đến việc mất electron bởi một nguyên tử hoặc phân tử, trong khi quá trình khử liên quan đến việc thu được electron. Chất nhường electron gọi là chất khử, chất nhường electron gọi là chất oxi hóa.
Để biểu diễn các quá trình này, chúng tôi sử dụng số oxi hóa để biểu thị điện tích của nguyên tử dựa trên sự phân bố giả định của các electron giữa các nguyên tử trong phân tử. Sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tử trong phản ứng oxi hóa khử có thể giúp xác định chất nào bị oxy hóa và chất nào bị khử.
Điện hóa tập trung vào nghiên cứu các quá trình hóa học làm cho các electron chuyển động. Sự chuyển động của các electron này tạo ra dòng điện có thể được khai thác cho nhiều ứng dụng khác nhau. Cốt lõi của điện hóa học là các tế bào điện hóa, có thể được chia thành hai loại chính:
Hãy xem xét một pin điện bằng đồng-kẽm làm ví dụ. Trong tế bào này, kim loại kẽm đóng vai trò là cực dương và kim loại đồng làm cực âm. Phản ứng oxi hóa khử có thể được mô tả bằng các bán phản ứng sau:
Phản ứng tổng thể của tế bào có thể được biểu diễn dưới dạng:
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)Phản ứng này thể hiện sự chuyển electron từ ion kẽm sang ion đồng, điều khiển dòng điện qua mạch ngoài nối hai điện cực.
Để xảy ra phản ứng oxi hóa khử, cả quá trình khử và quá trình oxy hóa phải được cân bằng. Điều này có nghĩa là số electron bị mất trong nửa phản ứng oxi hóa phải bằng số electron thu được trong nửa phản ứng khử. Cân bằng các phản ứng oxi hóa khử thường liên quan đến việc điều chỉnh các hệ số trong phương trình phản ứng để đảm bảo duy trì sự bảo toàn khối lượng và điện tích.
Phản ứng oxi hóa khử có nhiều ứng dụng trong điện hóa học, từ việc tạo ra năng lượng điện đến mạ điện kim loại. Một số ứng dụng đáng chú ý bao gồm:
Một thí nghiệm có thể tiếp cận để khám phá các phản ứng oxi hóa khử bao gồm việc quan sát phản ứng giữa hydro peroxit và kali iodua. Trong phản ứng này, hydro peroxide bị khử và các ion iodide bị oxy hóa. Khi thêm một lượng nhỏ xà phòng rửa bát vào, phản ứng sẽ tạo ra một lượng lớn bọt oxy, thể hiện phản ứng oxi hóa khử sống động.
Để thực hiện thí nghiệm này, hãy trộn hydro peroxide với một chút xà phòng rửa chén trong hộp đựng. Thêm kali iodua làm chất xúc tác và quan sát sự tạo bọt nhanh chóng. Phản ứng "kem đánh răng voi" này không chỉ minh họa khái niệm phản ứng oxi hóa khử mà còn cho thấy tác dụng ấn tượng của chúng.
Phản ứng oxi hóa khử là một khía cạnh cơ bản của hóa học, đặc biệt là trong nghiên cứu điện hóa học. Những phản ứng này, đặc trưng bởi sự chuyển electron giữa các chất, là điều không thể thiếu đối với sự hiểu biết của chúng ta về cách năng lượng hóa học được chuyển đổi thành năng lượng điện và ngược lại. Thông qua việc nghiên cứu và ứng dụng cẩn thận các phản ứng oxi hóa khử, chúng ta có thể khai thác tiềm năng của chúng trong công nghệ, lưu trữ năng lượng và thậm chí cả hệ thống sinh học.
