Hapettumisen käsite kemiassa on hieman sekava, lähinnä siksi, että se edeltää atomin rakenteen ja kemiallisten reaktioiden ymmärtämistä. Termi syntyi, kun kemistit analysoivat reaktioita, joihin sisältyi happea, joka oli ensimmäinen tunnettu hapetin.
Nykyaikaisille kemisteille, jotka tuntevat elektronien vaihdon reaktioissa, hapettuminen tarkoittaa elektronien menetystä ja pelkistymistä elektronien vahvistukseksi. Nykyaikainen määritelmä koskee reaktioita, joihin liittyy happea, sekä reaktioihin, jotka eivät sisällä happea, kuten metaanin (CH4) hiilestä ja vedystä. Kun lisäät happea metaaniin hiilidioksidin ja veden tuottamiseksi, se on myös hapettumista. Hiiliatomi menettää elektroneja, ja sen hapetustila muuttuu, kun happiatomit saavat elektronit ja pelkistyvät. Tätä kutsutaan redox-reaktioksi.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Hiilen hapetustila metaanimolekyylissä on -4 ja vedyn +1.
Metaanin hiilen hapetustila
Neljän valenssielektroninsa vuoksi hiiltä voi esiintyä erilaisissa hapetustiloissa, jotka vaihtelevat välillä +4 - -4. Siksi se muodostaa niin monia yhdisteitä, enemmän kuin mikään muu alkuaine. Määritettäessä sen tila tietyssä yhdisteessä, sinun on yleensä tarkasteltava sidoksia, jotka se muodostaa yhdisteen muiden alkuaineiden kanssa.
Vedyllä on vain yksi valenssielektroni, ja koska kyseinen elektroni on ensimmäisessä kuoressaan, se tarvitsee vain yhden elektronin kuoren täyttämiseksi. Tämä tekee siitä elektronin vetovoiman, jonka hapetustila on +1. Vety voi myös menettää elektronin ja esiintyä -1-hapetustilassa, kun se yhdistyy ryhmän 1 metallien kanssa muodostaen metallia hydridejä, kuten NaH ja LiH, mutta useimmissa tapauksissa, kuten kun se yhdistyy hiileen, se on aina +1-hapettumisessa osavaltio.
Hiilen hapetustilan laskemiseksi metaanimolekyylissä käsitellään kutakin hiili-vety-sidosta ikään kuin se olisi ioninen. Molekyylillä ei ole nettovarausta, joten kaikkien hiili-vety-sidosten summan on oltava 0. Tämä tarkoittaa, että hiiliatomi luovuttaa neljä elektronia, mikä tekee sen hapetustilasta -4.
Hiilen hapetustila muuttuu poltettaessa metaania
Kun yhdistät metaania hapen kanssa, tuotteet ovat hiilidioksidia, vettä ja energiaa lämmön ja valon muodossa. Tämän reaktion tasapainoinen yhtälö on
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + energia
Hiilen hapettumistila muuttuu dramaattisesti tässä reaktiossa. Kun sen hapetusluku metaanissa on -4, hiilidioksidissa se on +4. Tämä johtuu siitä, että happi on elektronin vastaanottaja, jonka hapettumistila on aina -2, ja jokaisessa hiiliatomissa on kaksi happiatomia2. Vedyn hapetustila puolestaan pysyy muuttumattomana.
