يعتبر مفهوم الأكسدة في الكيمياء مفهومًا محيرًا إلى حد ما ، لأنه يسبق فهم بنية الذرة وكيفية حدوث التفاعلات الكيميائية. نشأ المصطلح عندما كان الكيميائيون يحللون التفاعلات التي تتضمن الأكسجين ، والذي كان أول عامل مؤكسد معروف.
بالنسبة للكيميائيين المعاصرين المطلعين على تبادل الإلكترونات في التفاعلات ، تشير الأكسدة إلى فقدان الإلكترونات والاختزال لاكتساب الإلكترونات. ينطبق التعريف الحديث على التفاعلات التي تتضمن الأكسجين وكذلك تلك التي لا تحتوي ، مثل إنتاج الميثان (CH4) من الكربون والهيدروجين. عندما تضيف الأكسجين إلى الميثان لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء ، فهذه أيضًا أكسدة. تفقد ذرة الكربون الإلكترونات وتتغير حالة الأكسدة بينما تكتسب ذرات الأكسجين الإلكترونات وتنخفض. يُعرف هذا باسم تفاعل الأكسدة والاختزال.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
حالة أكسدة الكربون في جزيء الميثان هي -4 بينما حالة أكسدة الهيدروجين هي +1.
حالة أكسدة الكربون في الميثان
بسبب إلكترونات التكافؤ الأربعة ، يمكن أن يوجد الكربون في مجموعة متنوعة من حالات الأكسدة ، تتراوح من +4 إلى -4. هذا هو السبب في أنها تشكل العديد من المركبات ، أكثر من أي عنصر آخر. لتحديد حالته في مركب معين ، عليك عمومًا النظر إلى الروابط التي يشكلها مع العناصر الأخرى في المركب.
يحتوي الهيدروجين على إلكترون تكافؤ واحد فقط ، وبما أن هذا الإلكترون موجود في غلافه الأول ، فإنه يحتاج إلى إلكترون واحد فقط لملء الغلاف. هذا يجعلها جاذبًا للإلكترون مع حالة أكسدة +1. يمكن أن يفقد الهيدروجين أيضًا إلكترونًا ويوجد في حالة أكسدة -1 عندما يتحد مع معادن المجموعة 1 لتشكيل معدن الهيدرات ، مثل NaH و LiH ، ولكن في معظم الحالات ، مثل عندما تتحد مع الكربون ، فهي دائمًا في الأكسدة +1 حالة.
لحساب حالة أكسدة الكربون في جزيء الميثان ، فإنك تعامل كل رابطة كربون-هيدروجين كما لو كانت أيونية. لا يحتوي الجزيء على شحنة صافية ، لذا يجب أن يكون مجموع كل روابط الكربون والهيدروجين 0. هذا يعني أن ذرة الكربون تتبرع بأربعة إلكترونات ، مما يجعلها حالة الأكسدة -4.
تتغير حالة أكسدة الكربون عند حرق الميثان
عندما تجمع الميثان مع الأكسجين ، فإن المنتجات هي ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة على شكل حرارة وضوء. المعادلة المتوازنة لهذا التفاعل هي
CH4 + 2 س2 -> CO2 + 2 ح2O + الطاقة
يخضع الكربون لتغيير جذري في حالة الأكسدة في هذا التفاعل. في حين أن عدد الأكسدة في الميثان هو -4 ، في ثاني أكسيد الكربون ، فهو +4. هذا لأن الأكسجين هو متقبل للإلكترون وله دائمًا حالة أكسدة -2 ، وهناك ذرتان من الأكسجين لكل ذرة كربون في ثاني أكسيد الكربون2. من ناحية أخرى ، تظل حالة أكسدة الهيدروجين دون تغيير.
