Mục lục bài viết

Phản ứng oxi hóa – khử là gì ?

Phản ứng oxi hóa – khử là gì ? Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng hóa học xảy ra đồng thời sự khử và sự oxi hóa.

Ngoài ra còn định nghĩa khác như: Phản ứng oxi hóa – khử là phản ứng có sự dịch chuyển electron giữa các chất tham gia phản ứng hay là phản ứng xảy ra khi có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố.

Để tham gia phản ứng oxi hóa – khử cần có các thành phần:

Chất khử: Là chất nhường electron.
Chất oxi hóa: Là chất nhận electron.
Quá trình khử: là quá trình nhường electron.
Quá trình oxi hóa: Là quá trình nhận electron.

Ảnh hưởng của phản ứng oxi – hóa khử trong đời sống

Phản ứng oxi hóa khử rất phổ biến, xảy ra xung quanh chúng ta. Nó đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên cũng như ảnh hưởng đến các hoạt động sản xuất. Một số ứng dụng phổ biến nhất của phản ứng oxi hóa – khử là:

Quá trình quang hợp của cây

Quá trình quang hợp xảy ra khi có ánh sáng mặt trời. Khi đó khí CO2 và hơi nước được diệp lục hấp thụ tạo ra glucose C6H12O6 để tổng hợp các hợp chất carbohydrate và giải phóng khí O2.

6nCO2 + 5nH2O → (C6H12O6)n + 5nO2

Trong sản xuất công nghiệp

Phản ứng oxi hóa khử được áp dụng rất nhiều trong các khâu của dây chuyền sản xuất:

Trong quá trình luyện kim: Ví dụ như trong quá trình luyện gang thép, khí CO khử oxit sắt Fe3O4 để tạo ra sắt nóng chảy và khí CO2.
Phản ứng oxi hóa khử có sự tham gia của dòng điện hoặc có sự phát sinh ra dòng điện như mạ điện, mạ nhúng nóng, sản xuất pin acquy, hay quá trình điện phân để điều chế kim loại. Trong Pin có phản ứng điện – hóa học giúp biến đổi các năng lượng hóa học thành điện năng sử dụng.
Trong sản xuất các hóa chất như phân bón, thuốc nổ, axit clohiđric, axit sunfuric, xút…

Ví dụ:

– Axit sunfuric H2SO4 là hóa chất quan trọng trong công nghiệp, được sản xuất chủ yếu từ sulfur hoặc quặng pirit. Quá trình điều chế axit có sự góp mặt của nhiều phản ứng oxi hóa – khử.

– Phản ứng tạo thuốc nổ đen: 2KNO3 + 3C + S → 3CO2 + N2 + K2S, điều kiện nhiệt độ cao.

– Phản ứng sản xuất phân urê: NH3 + CO2 ↔ (NH2)2CO, điều kiện: xúc tác, nhiệt độ, áp suất.

Phản ứng đốt cháy nhiên liệu

Đây có lẽ là ứng dụng dễ nhận thấy nhất của phản ứng oxi hóa – khử trong đời sống. Phần lớn năng lượng con người đang sử dụng được tạo ra từ năng lượng của phản ứng oxi hóa khử.

Ví dụ như sự cháy của than củi, khí gas, xăng dầu trong các động cơ đốt trong, các phản ứng xảy ra và tỏa ra lượng nhiệt lớn phục vụ cho mục đích đun nấu, sưởi ẩm, vận hành động cơ

+ Phản ứng đốt than : C+O2→CO2C+O2→CO2

+ Phản ứng đốt khí gas:

CH4+2O2→CO2+2H2O

2C4H10+13O2→8CO2+10H2O

Hay trong phản ứng sử dụng trong việc phóng tàu vũ trụ. Hỗn hợp khí H2 và O2 được đốt cháy gây ra phản ứng nổ. Ngoài việc tạo ra nước thì chúng giải phóng một nguồn năng lượng lớn, Ngày nay phản ứng này được sử dụng để kích nổ cho nguồn nguyên liệu các tàu con thoi.

Quá trình ăn mòn

Ăn mòn hóa học hay hiện tượng rỉ sét là một ảnh hưởng tiêu cực của phản ứng oxi hóa. Kim loại bị gỉ do xảy ra phản ứng với oxi không khí. Điều này khiến vật liệu bị mài mòn, phá vỡ cấu trúc, hư hỏng nặng nề.

Ngoài ra phản ứng oxi hóa khử cũng xảy ra trong quá trình tạo mưa axit gây nhiều tác hại đến môi trường tự nhiên cũng như đời sống con người. Hay các phản ứng sinh hóa trong cơ thể diễn ra cũng không thể thiếu vai trò của phản ứng oxi – hóa khử…

Các phản ứng oxi hóa – khử gắn liền với sự sống, phục vụ các hoạt động sinh hoạt hàng ngày cũng như là cơ sở của các quá trình sản xuất trong các ngành công nghiệp nặng, sản xuất hóa chất cơ bản, phân bón, dược phẩm… Không chỉ đem lại lợi ích mà phản ứng oxi hóa – khử còn gây ảnh hưởng tiêu cực buộc chúng ta cần có các biện pháp để đối phó.

Xử lý nước và môi trường

Khử trùng nước: Các chất oxi hóa mạnh như clorin (Cl₂) hoặc ozon (O₃) được sử dụng để diệt khuẩn và loại bỏ các tạp chất trong nước thông qua các phản ứng oxi hóa – khử.
Xử lý chất thải: Phản ứng oxi hóa – khử cũng được ứng dụng trong việc xử lý chất thải công nghiệp và làm sạch môi trường, ví dụ như xử lý nước thải chứa các chất ô nhiễm hữu cơ hoặc các hợp chất kim loại nặng. Như dùng oxi già H2O2 để khử các chất khó phân hủy sinh học trong nước thải.

Công nghiệp hóa chất

Sản xuất axit và hóa chất: Nhiều hóa chất quan trọng được sản xuất dựa trên phản ứng oxi hóa – khử. Ví dụ, trong quá trình tiếp xúc để sản xuất axit sulfuric (H₂SO₄), lưu huỳnh (S) bị oxi hóa thành SO₂ và sau đó thành SO₃ trước khi kết hợp với nước tạo thành H₂SO₄.
Sản xuất các chất oxi hóa và khử: Các chất như hydro peroxide (H₂O₂), kali permanganat (KMnO₄), và các chất khử như natri borohydride (NaBH₄) được sử dụng trong nhiều ứng dụng hóa học khác nhau.

Ngành y tế và dược phẩm

Phương pháp xét nghiệm: Các phản ứng oxi hóa – khử được sử dụng trong các xét nghiệm sinh hóa, ví dụ xét nghiệm đường huyết dựa trên sự oxi hóa glucose.
Khử khuẩn: Oxi già (H₂O₂) là chất khử khuẩn phổ biến trong y tế nhờ tính chất oxi hóa mạnh, giúp tiêu diệt vi khuẩn, virus và nấm.

Công nghiệp thực phẩm

Bảo quản thực phẩm: Các chất oxi hóa như sulfur dioxide (SO₂) được sử dụng để bảo quản thực phẩm, giúp ngăn chặn quá trình oxi hóa và giữ cho thực phẩm tươi lâu hơn.
Chất tạo màu: Một số chất oxi hóa – khử được sử dụng để duy trì hoặc thay đổi màu sắc của thực phẩm, ví dụ như nitrite (NO₂⁻) trong quá trình bảo quản thịt.

Điện phân và chế tạo vật liệu

Điện phân nước: Sử dụng phản ứng oxi hóa – khử để tách nước (H₂O) thành hydro (H₂) và oxy (O₂), giúp tạo ra khí hydro làm nhiên liệu.
Sản xuất nhôm: Nhôm được chiết xuất từ quặng bauxite thông qua quá trình điện phân oxit nhôm trong muối nóng chảy nhờ phản ứng oxi hóa – khử.