Η έννοια της οξείδωσης στη χημεία είναι κάπως συγκεχυμένη, κυρίως επειδή προηγείται της κατανόησης της δομής του ατόμου και του τρόπου εμφάνισης χημικών αντιδράσεων. Ο όρος ξεκίνησε όταν οι χημικοί αναλύουν αντιδράσεις που περιλαμβάνουν οξυγόνο, που ήταν ο πρώτος γνωστός οξειδωτικός παράγοντας.
Για τους σύγχρονους χημικούς που είναι εξοικειωμένοι με την ανταλλαγή ηλεκτρονίων σε αντιδράσεις, η οξείδωση αναφέρεται στην απώλεια ηλεκτρονίων και στη μείωση του κέρδους των ηλεκτρονίων. Ο σύγχρονος ορισμός ισχύει για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν οξυγόνο, καθώς και για εκείνες που δεν το κάνουν, όπως η παραγωγή μεθανίου (CH4) από άνθρακα και υδρογόνο. Όταν προσθέτετε οξυγόνο στο μεθάνιο για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού, αυτό είναι επίσης οξείδωση. Το άτομο άνθρακα χάνει ηλεκτρόνια και η κατάσταση οξείδωσης αλλάζει ενώ τα άτομα οξυγόνου αποκτούν ηλεκτρόνια και μειώνονται. Αυτό είναι γνωστό ως αντίδραση οξειδοαναγωγής.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Η κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα στο μόριο του μεθανίου είναι -4 ενώ η κατάσταση του υδρογόνου είναι +1.
Η κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα στο μεθάνιο
Λόγω των τεσσάρων ηλεκτρονίων σθένους του, ο άνθρακας μπορεί να υπάρχει σε μια ποικιλία καταστάσεων οξείδωσης, που κυμαίνονται από +4 έως -4. Γι 'αυτό σχηματίζει τόσες πολλές ενώσεις, περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο στοιχείο. Για να προσδιορίσετε την κατάστασή του σε μια συγκεκριμένη ένωση, γενικά πρέπει να κοιτάξετε τους δεσμούς που σχηματίζει με τα άλλα στοιχεία της ένωσης.
Το υδρογόνο έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο σθένους και δεδομένου ότι αυτό το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο πρώτο κέλυφος του, χρειάζεται μόνο ένα ηλεκτρόνιο για να γεμίσει το κέλυφος. Αυτό το καθιστά ελκυστήρα ηλεκτρονίων με κατάσταση οξείδωσης +1. Το υδρογόνο μπορεί επίσης να χάσει ένα ηλεκτρόνιο και να υπάρχει σε κατάσταση οξείδωσης -1 όταν συνδυάζεται με τα μέταλλα της ομάδας 1 για να σχηματίσει μέταλλο υδρίδια, όπως NaH και LiH, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, όπως όταν συνδυάζεται με άνθρακα, είναι πάντα στην οξείδωση +1 κατάσταση.
Για να υπολογίσετε την κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα στο μόριο του μεθανίου, αντιμετωπίζετε κάθε δεσμό άνθρακα-υδρογόνου σαν να ήταν ιονικός. Το μόριο δεν έχει καθαρό φορτίο, επομένως το άθροισμα όλων των δεσμών άνθρακα-υδρογόνου πρέπει να είναι 0. Αυτό σημαίνει ότι το άτομο άνθρακα δίνει τέσσερα ηλεκτρόνια, γεγονός που καθιστά την κατάσταση οξείδωσης -4.
Η κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα αλλάζει όταν καίτε μεθάνιο
Όταν συνδυάζετε μεθάνιο με οξυγόνο, τα προϊόντα είναι διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ενέργεια με τη μορφή θερμότητας και φωτός. Η ισορροπημένη εξίσωση για αυτήν την αντίδραση είναι
Χ.Χ.4 + 2 O2 -> CO2 + 2 Ω2O + ενέργεια
Ο άνθρακας υφίσταται μια δραματική αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης σε αυτήν την αντίδραση. Ενώ ο αριθμός οξείδωσης σε μεθάνιο είναι -4, σε διοξείδιο του άνθρακα, είναι +4. Αυτό συμβαίνει επειδή το οξυγόνο είναι ένας δέκτης ηλεκτρονίων που έχει πάντα μια κατάσταση οξείδωσης -2, και υπάρχουν δύο άτομα οξυγόνου για κάθε άτομο άνθρακα σε CO2. Η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου, από την άλλη πλευρά, παραμένει αμετάβλητη.