Phản ứng oxi hóa – khử trong luyện kim và đời sống

Bài trước, chương 3, em đã cân bằng phản ứng nhiệt nhôm $8Al + 3Fe_3O_4 \to 4Al_2O_3 + 9Fe$ — đó chính là MỘT phương pháp luyện kim cụ thể. Bài này hệ thống hóa nguyên tắc chung đứng sau ví dụ đó, và mở rộng sang phương pháp phổ biến nhất trong công nghiệp: lò cao sản xuất gang.

**Nguyên tắc chung của luyện kim** là dùng một chất khử — thường rẻ, dễ kiếm với lượng lớn — để khử oxide kim loại, tách kim loại tự do ra khỏi hợp chất. Bản chất đây luôn là một phản ứng oxi hóa – khử, trong đó oxide kim loại đóng vai trò chất oxi hóa. Trong lò cao sản xuất gang, chất khử chủ lực là khí carbon monoxide CO, sinh ra ngay trong lò từ than cốc phản ứng với oxygen rồi với CO₂ dư: $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3CO_2$. Fe giảm SOH từ +3 xuống 0 (nhận electron, bị khử); C trong CO tăng SOH từ +2 lên +4 (nhường electron, bị oxi hóa) — CO là chất khử. Với những kim loại hoạt động mạnh hơn, như nhôm hay magnesium, oxide của chúng bền đến mức không thể khử bằng CO, H₂ hay than ở nhiệt độ thông thường. Với những trường hợp này, người ta dùng phương pháp điện phân nóng chảy — như điện phân nóng chảy Al₂O₃ để lấy nhôm. Ở mức phổ thông lớp 10, em chỉ cần biết đây cũng là một quá trình oxi hóa – khử, trong đó dòng điện đóng vai trò "ép" electron di chuyển theo chiều mong muốn; cơ chế chi tiết của điện phân được học kỹ hơn ở lớp 12, bài này không đi sâu. Phản ứng oxi hóa – khử còn xuất hiện trong nhiều ứng dụng khác của đời sống: pin và ắc quy sinh ra dòng điện nhờ một phản ứng oxi hóa – khử tự xảy ra bên trong (chỉ nêu khái quát ở đây, không đi sâu cơ chế); nước Javen và oxy già tẩy trắng nhờ tính oxi hóa mạnh phá vỡ các liên kết mang màu; chlorine và ozone khử trùng nước sinh hoạt nhờ tính oxi hóa mạnh phá hủy tế bào vi khuẩn.