Chuyện về phản ứng oxi hóa khử

Cuộc sống hằng ngày của chúng ta, hàng tá phương tiện đang di chuyển trên đường, một nhà ảo thuật tài ba đang đốt cháy tay mình trên…

James H

7 tháng 12 2017

Cuộc sống hằng ngày của chúng ta, hàng tá phương tiện đang di chuyển trên đường, một nhà ảo thuật tài ba đang đốt cháy tay mình trên ngọn lửa dữ dội, những bài tập mà tụi học trò của tôi đang vò đầu bứt tóc để làm và chiếc laptop hay smartphone mấy ông dùng để đọc topic này. Tất cả đều bắt nguồn một điểm chung, đó là phản ứng oxi hóa khử. Vậy phản ứng oxi hóa khử là gì? À, tôi hỏi cho vui thôi, chứ chắc ai cũng từng học qua về nó rồi. Vậy thôi đổi câu hỏi tí, có ai còn nhớ phản ứng oxi hóa khử là gì không?

Thôi, mấy ông không cần phải search google đâu, để tôi nói luôn cho. Theo sách giáo khoa hóa học 10 nâng cao thì:

“Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng hóa học trong đó có sự chuyển electron giữa các chất hay còn gọi là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố”.

Bỏ qua hết việc phải nhớ đống định nghĩa về chất oxi hóa, chất khử, quá trình oxi hóa, bla bla … thì phản ứng oxi hóa khử là một phản ứng rất quan trọng đối với mọi hoạt động trên Trái đất này. Chúng ta có thể sống được là nhờ những phản ứng trao đổi chất bên trong cơ thể cung cấp năng lượng. Vậy tại sao tôi biết đó là phản ứng oxi hóa nhỉ? Hằng ngày, chúng ta trong quá trình hô hấp, chúng ta hít vào khí oxi và thở ra khí cacbonic. Giờ phân tích tí nhé, trong phân tử oxi (O2), O có số oxi hóa là 0, còn trong phân tử CO2, O có oxi hóa là -2. Thấy chưa, rõ ràng là ông Oxi này có sự thay đổi số oxi hóa rồi, do đó, chắc chắn có phản ứng oxi hóa khử xảy ra, chỉ là tôi không biết xảy ra chính xác chỗ nào thôi, cái này để cho ông nào dạy Sinh vô chỉ. Còn tại sao tôi biết phản ứng này cung cấp năng lượng cho cơ thể thì từ từ tôi nói sau. Như vậy thì mấy ông cũng biết được rằng xe cộ hoạt động nhờ đâu rồi chứ. Bọn nó chạy được là nhờ năng lượng tỏa ra từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu đó. Cái cơ chế để chuyển năng lượng từ dạng nhiệt năng sang cơ năng thì thôi, để mấy ông dạy Lý trình bày cho.

Một số phương tiện hiện nay và chắc chắn trong tương lai nữa chạy bằng pin, laptop với smartphone của mấy ông cũng chạy bằng pin. Mà mà bản chất dòng điện có được nhờ pin thực ra cũng là một phản ứng oxi hóa khử giữa hai cực với nhau. Rồi rồi, tiếp thôi. Mà chắc tôi không phải nói lý do tại sao lũ học trò của tôi đang vật vã với đống bài tập đâu nhỉ, mấy ông trải qua hết rồi mà.

Có một vấn đề mà tôi rất muốn đề cập ở đây, đó là vẻ đẹp của phản ứng oxi hóa – khử. Phản ứng oxi hóa – khử, đẹp ở chỗ nào? Tôi sẽ không hỏi câu này với học trò của mình, vì chắc chắn tụi nó sẽ sẵn sàng nhảy lên xâu xé tôi sau khi tôi vừa nói ra. Vậy nên tôi mới quyết định đem lên đây.

Điều đẹp nhất trong phản ứng oxi hóa khử không phải là ở màu sắc sặc sỡ của các chất ở các trạng thái oxi hóa khác nhau, cũng không phải là những tiếng nổ đùng đùng khi một đứa học trò nào đó lén cho natri vào nước, tất nhiên lại càng không phải một hầm bà lằng những công thức giải bài tập. Theo tôi, cái đẹp nhất trong phản ứng oxi hóa khử là sự cân bằng.

Trong văn hóa của người Á đông từ ngàn đời này đã luôn đề cao sự cân bằng. Nho giáo quan niệm Trung dung là sự ôn hòa, cân bằng, không thái quá, không thiên lệch về bên này hoặc bên kia và luôn khuyến khích con người phải luôn giữ đạo Trung dung, không bị lôi cuốn theo đám đông. Một ví dụ điển hình về sự cân bằng thể hiện rõ ràng trong đồ hình Tiên Thiên Bát Quái của Đạo giáo. Trong đồ hình này, tất cả tám nguồn năng lượng khí được cân bằng nhờ nguồn đối xứng. Trời được cân bằng bời đất, nước được cân bằng bởi lửa. Cha được cân bằng bởi mẹ, con trai thứ được cân bằng bởi con gái thứ.

Tôi nói cái đống ở trên cốt chỉ đang mong mấy ông quên đi khỏi đầu nỗi ám về cái gọi là cân bằng phương trình phản ứng thôi. Ở đây, tôi không bắt mấy ông phải làm bài tập đâu, yên tâm. Trong phản ứng oxi hóa khử, sự cân bằng luôn thể hiện qua số electron trao đổi. Các phân tử phản ứng theo tỉ lệ làm sao cho tổng số electron nhường phải bằng số electron nhận. Mà phải thôi, bọn nó mà không bằng nhau thì electron dư mọc ở đâu ra? Mặt khác, khi cùng một lượng chất chuyển sang trạng thái oxi hóa mới bằng nhiều con đường khác nhau thì tổng electron nhường nhận theo từng con đường luôn bằng nhau, đây là một ví dụ của định luật bảo toàn electron, một trong những cái tôi cho là khá hay của Hóa học. Nếu bài tập hóa học chỉ đơn thuần xuất phát từ đây thì có lẽ cuộc sống sẽ tươi đẹp biết bao. Nhưng rất tiếc, cuộc sống không dễ dàng, tất cả những hình tượng dễ thương của môn Hóa đã bị sự chen chân của môn Toán đạp đổ. Đó cũng là lí do Hóa học bị hắt hủi.

Sự cân bằng trong phản ứng oxi hóa khử còn thể hiện qua hiệu ứng nhiệt của nó. Có những phản ứng khi xảy ra thì tỏa nhiệt, như tôi giới thiệu ở trên. Có những phản ứng khác lại cần cung cấp nhiệt độ mới phản ứng, phản ứng này gọi là phản ứng thu nhiệt. Vậy, làm sao để biết phản ứng nào thì tỏa còn phản ứng nào thu? Và làm sao để biết chính xác được nó tỏa và thu bao nhiêu?

Nhiệt tỏa ra hay thu vào về bản chất chỉ là năng lượng. Mà các ông biết rồi đấy, năng lượng không tự sinh ra, cũng không tự mất đi, nói cách khác, năng lượng được bảo toàn. Bản thân trong mỗi chất hóa học đều mang năng lượng trong mỗi liên kết của nó, và khi phản ứng với nhau để tạo thành chất khác thì năng lượng liên kết trong chất sản phẩm sẽ khác với chất ban đầu. Vậy chắc chắn có sự chênh lệch năng lượng rồi đó, tính toán thì sẽ biết chính xác lượng nhiệt trao đổi. Giờ tôi chỉ nhìn phản ứng thì làm sao biết nó tỏa hay thu. Cái cần quan tâm là ông nào có mức năng lượng thấp hơn ông nào. Giờ xét cái ví dụ nho nhỏ nhé! Khi mấy ông quẩy bung lụa ở một party nào đó với khi mấy ông nằm ngủ ở nhà, trường hợp nào mấy ông có mức năng lượng cao hơn. Tất nhiên là cái đầu tiên phải có mức năng lượng lớn hơn rồi, đố mấy ông hết năng lượng mà còn quẩy được. Như vậy, cái trạng thái ngủ của ông sẽ có mức năng lượng thấp hơn, hay nói theo ngôn ngữ hóa học thì nó ở trạng thái bền hơn. Như vậy, trong phản ứng hóa học, khi tạo thành sản phẩm bền hơn thì nó sẽ tỏa nhiệt, do sự chênh lệch năng lượng giữa chất tham gia và chất sản phẩm mà không biết bỏ đi đâu. Trường hợp ngược lại sẽ là phản ứng thu nhiệt, khi mà ông tham gia có mức năng lượng thấp chuyển thành ông khác có mức năng lượng cao thì cần phải cung cấp năng lượng cho mấy ổng. Năng lượng này có thể dạng nhiệt hoặc điện.

 Giờ thì mấy ông biết được sao mấy phản ứng trên kia lại tỏa nhiệt rồi đấy?

P/s: Đây chỉ là phút lảm nhảm của tác giả trong lúc làm đề cương ôn tập học kì cho tụi nhỏ. Chả biết bỏ vào danh mục nào nên để tạm vào KH-CN vậy.

9

9

3941 lượt xem

James H

@chemist9595

Khoa học – Công nghệ

/khoa-hoc-cong-nghe

Bài viết nổi bật khác