Tác nhân khử

Tác nhân khử (hoặc chất khử) là nguyên tố hóa học hoặc hợp chất có khả năng khử một chất khác trong các phản ứng oxy hóa khử. Khi thực hiện quá trình này, tác nhân khử trở thành chất bị oxy hóa, đồng thời là nguồn cung cấp điện tử trong phản ứng. Do đó, tác nhân khử cũng đồng thời là chất bị oxy hóa. Ví dụ dưới đây minh họa điều này:

2Mg (rắn) + O₂ → 2Mg (rắn) + 2O

Trong phản ứng này, magiê đóng vai trò là tác nhân khử. Magiê cung cấp hai điện tử hóa trị và trở thành ion, điều này giúp nó và oxy đạt trạng thái bền vững.

Các tác nhân khử cần được bảo quản cẩn thận trong không khí vì chúng dễ phản ứng với oxy tương tự như trong phản ứng đã nêu.

Độ mạnh và yếu

Một tác nhân khử mạnh rất dễ dàng mất hoặc cho các điện tử. Hạt nhân của nguyên tử thu hút các điện tử quỹ đạo của nó. Đối với các nguyên tố có bán kính nguyên tử lớn, khoảng cách từ hạt nhân đến các điện tử cũng lớn hơn, dẫn đến lực hút của hạt nhân yếu hơn; do đó, các nguyên tố này thường có tính khử cao hơn. Ngoài ra, các nguyên tố có độ âm điện thấp thì khả năng thu hút các điện tử liên kết kém hơn, và năng lượng ion hóa thấp cũng góp phần khiến chúng trở thành tác nhân khử mạnh hơn. Tiêu chuẩn đánh giá khả năng dễ dàng bị oxy hóa hoặc mất điện tử là thế oxy hóa. Bảng dưới đây minh họa một số thế khử, có thể dễ dàng chuyển đổi thành thế oxy hóa bằng cách đổi dấu giá trị. Các tác nhân khử có thể được xếp hạng theo sự thay đổi (tăng giảm) trong thế oxy hóa của chúng. Một tác nhân khử mạnh hơn khi có thế oxy hóa cao hơn và yếu hơn khi có thế oxy hóa thấp hơn. Bảng dưới đây chỉ ra thế khử của một số chất khử ở 25 °C. Cần lưu ý rằng quá trình oxy hóa là mất điện tử, còn quá trình khử là nhận điện tử.

Ví dụ, nếu một người liệt kê Cu, Cl, Na và Cr theo trật tự giảm dần của tính khử như thể hiện trong bảng trên, họ cần biết thế oxy hóa của chúng, đổi dấu trị số để có thế khử và so sánh chúng. Kết quả sẽ là Na, Cr, Cu và Cl; Na là tác nhân khử mạnh nhất, trong khi Cl là tác nhân khử yếu nhất trong số các chất này.

Các tác nhân khử phổ biến bao gồm các kim loại kiềm và kiềm thổ như kali, canxi, bari, natri và magiê, cũng như các hợp chất chứa ion H như NaH, LiAlH₄ và CaH₂.

Cần lưu ý rằng một số nguyên tố và hợp chất có thể đóng vai trò là tác nhân khử hoặc oxy hóa tùy thuộc vào điều kiện phản ứng. Ví dụ, hiđrô là tác nhân khử khi phản ứng với các nguyên tố không phải kim loại, nhưng lại là tác nhân oxy hóa khi phản ứng với một số kim loại. Ví dụ trong phản ứng

2Li_(rắn) + H₂(khí) + nhiệt độ cao → 2LiH_(rắn)

Trong phản ứng này, hiđrô đóng vai trò là chất oxy hóa vì nó nhận điện tử từ lithi, dẫn đến việc lithi bị oxy hóa.

Các nửa phản ứng là: 2Li_(rắn) → 2Li_(lỏng) + 2e^- và H_2(khí) + 2e^- → 2H_(khí)

Còn trong phản ứng sau đây

H₂(khí) + F₂(khí) → 2HF(khí)

Hiđrô đóng vai trò là chất khử vì nó cung cấp điện tử duy nhất của mình cho fluor, tức là nó khử fluor.

Các nửa của phản ứng H_2(khí) --> 2H_(khí) + 2e::::: F_2(khí) + 2e --> 2F_(khí)

Ý nghĩa

Chất khử và chất oxy hóa là những chất có khả năng gây ăn mòn điện hóa, là 'sự suy giảm của kim loại do các phản ứng điện hóa'. Để xảy ra quá trình này, cần có một hay nhiều ion nhận điện tích (ion dương) và một hay nhiều ion cho điện tích (ion âm). Anôt là nơi xảy ra sự oxy hóa vì nó là nơi mất điện tử (chất khử), trong khi catôt là nơi xảy ra sự khử vì nó nhận điện tử (chất oxy hóa). Sự ăn mòn điện hóa xảy ra khi có sự khác biệt về thế oxy hóa. Khi xảy ra điều này, anôt kim loại sẽ dần bị hư hỏng vì có một mạch điện kín qua chất điện phân.

Các chất khử phổ biến

• Ion sắt hóa trị +2
• Hydride nhôm lithium (LiAlH₄)
• Hiđrô nguyên tử
• Ferrixyanua kali (K₃Fe(CN)₆)
• Hỗn hống natri (NaHg₂)
• Borohydride natri (NaBH₄)
• Ion thiếc hóa trị +2
• Các hợp chất sulfit (SO₃)
• Hiđrazin (chất khử Wolff-Kishner)
• Hỗn hống kẽm (ZnHg) (Chất khử Clemmensen)
• Hydride diisobutyl nhôm (DIBAH)
• Xúc tác Lindlar
• Axít oxalic (C₂H₂O₄)