Koncept oxidace v chemii je poněkud matoucí, většinou proto, že předchází porozumění struktuře atomu a tomu, jak dochází k chemickým reakcím. Termín vznikl, když chemici analyzovali reakce zahrnující kyslík, který byl prvním známým oxidačním činidlem.
Pro moderní chemiky obeznámené s výměnou elektronů v reakcích se oxidace týká ztráty elektronů a snížení zisku elektronů. Moderní definice se vztahuje na reakce zahrnující kyslík i na reakce, které tuto reakci neobsahují, jako je výroba metanu (CH4) z uhlíku a vodíku. Když do metanu přidáte kyslík za vzniku oxidu uhličitého a vody, je to také oxidace. Atom uhlíku ztrácí elektrony a jeho oxidační stav se mění, zatímco atomy kyslíku získávají elektrony a jsou redukovány. Toto se nazývá redoxní reakce.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Oxidační stav uhlíku v molekule methanu je -4, zatímco stav vodíku je +1.
Oxidační stav uhlíku v metanu
Díky svým čtyřmocným elektronům může uhlík existovat v různých oxidačních stavech, od +4 do -4. Proto tvoří tolik sloučenin, více než kterýkoli jiný prvek. Chcete-li určit jeho stav v konkrétní sloučenině, musíte se obecně podívat na vazby, které tvoří s ostatními prvky ve sloučenině.
Vodík má pouze jeden valenční elektron, a protože je tento elektron ve své první skořápce, potřebuje k naplnění skořápky pouze jeden elektron. To z něj dělá elektronový přitahovač s oxidačním stavem +1. Vodík může také ztratit elektron a existovat v oxidačním stavu -1, když se spojí s kovy skupiny 1 a vytvoří kov hydridy, jako je NaH a LiH, ale ve většině případů, například při kombinaci s uhlíkem, je vždy v oxidaci +1 Stát.
Chcete-li vypočítat oxidační stav uhlíku v molekule metanu, zacházíte s každou vazbou uhlík-vodík, jako by byla iontová. Molekula nemá žádný čistý náboj, takže součet všech vazeb uhlík-vodík musí být 0. To znamená, že atom uhlíku daruje čtyři elektrony, což činí jeho oxidační stav -4.
Oxidační stav uhlíku se mění, když spalujete metan
Když kombinujete metan s kyslíkem, produkty jsou oxid uhličitý, voda a energie ve formě tepla a světla. Vyvážená rovnice pro tuto reakci je
CH4 + 2 O.2 -> CO2 + 2 H2O + energie
Uhlík v této reakci prochází dramatickou změnou svého oxidačního stavu. Zatímco jeho oxidační číslo v methanu je -4, v oxidu uhličitém je to +4. Je to proto, že kyslík je akceptor elektronů, který má vždy oxidační stav -2 a pro každý atom uhlíku v CO existují dva atomy kyslíku2. Oxidační stav vodíku na druhé straně zůstává nezměněn.