Le concept d'oxydation en chimie est quelque peu déroutant, principalement parce qu'il est antérieur à la compréhension de la structure de l'atome et de la façon dont les réactions chimiques se produisent. Le terme est né lorsque les chimistes analysaient des réactions impliquant l'oxygène, qui était le premier agent oxydant connu.
Pour les chimistes modernes familiers avec l'échange d'électrons dans les réactions, l'oxydation fait référence à la perte d'électrons et à la réduction au gain d'électrons. La définition moderne s'applique aux réactions qui impliquent l'oxygène ainsi qu'à celles qui n'en font pas, comme la production de méthane (CH4) à partir de carbone et d'hydrogène. Lorsque vous ajoutez de l'oxygène au méthane pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau, c'est aussi de l'oxydation. L'atome de carbone perd des électrons et son état d'oxydation change tandis que les atomes d'oxygène gagnent des électrons et sont réduits. C'est ce qu'on appelle une réaction d'oxydoréduction.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
L'état d'oxydation du carbone dans la molécule de méthane est de -4 tandis que celui de l'hydrogène est de +1.
L'état d'oxydation du carbone dans le méthane
En raison de ses quatre électrons de valence, le carbone peut exister dans une variété d'états d'oxydation, allant de +4 à -4. C'est pourquoi il forme autant de composés, plus que tout autre élément. Pour déterminer son état dans un composé particulier, il faut généralement regarder les liaisons qu'il forme avec les autres éléments du composé.
L'hydrogène n'a qu'un seul électron de valence, et puisque cet électron est dans sa première couche, il n'a besoin que d'un électron pour remplir la couche. Cela en fait un attracteur d'électrons avec un état d'oxydation de +1. L'hydrogène peut également perdre un électron et exister dans un état d'oxydation -1 lorsqu'il se combine avec des métaux du groupe 1 pour former du métal hydrures, tels que NaH et LiH, mais dans la plupart des cas, comme lorsqu'il se combine avec du carbone, c'est toujours dans l'oxydation +1 Etat.
Pour calculer l'état d'oxydation du carbone dans la molécule de méthane, vous traitez chaque liaison carbone-hydrogène comme si elle était ionique. La molécule n'a pas de charge nette, donc la somme de toutes les liaisons carbone-hydrogène doit être 0. Cela signifie que l'atome de carbone donne quatre électrons, ce qui rend son état d'oxydation -4.
L'état d'oxydation du carbone change lorsque vous brûlez du méthane
Lorsque vous combinez du méthane avec de l'oxygène, les produits sont du dioxyde de carbone, de l'eau et de l'énergie sous forme de chaleur et de lumière. L'équation équilibrée de cette réaction est
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O + énergie
Le carbone subit un changement dramatique dans son état d'oxydation dans cette réaction. Alors que son indice d'oxydation dans le méthane est de -4, dans le dioxyde de carbone, il est de +4. C'est parce que l'oxygène est un accepteur d'électrons qui a toujours un état d'oxydation de -2, et il y a deux atomes d'oxygène pour chaque atome de carbone dans CO2. L'état d'oxydation de l'hydrogène, quant à lui, reste inchangé.