Az oxidáció fogalma a kémiában kissé zavaros, főleg azért, mert megelőzi az atom szerkezetének és a kémiai reakciók megértésének megértését. A kifejezés akkor keletkezett, amikor a vegyészek elemezték az oxigénnel járó reakciókat, amely az első ismert oxidálószer volt.
A modern vegyészek számára, akik ismerik az elektronok cseréjét a reakciókban, az oxidáció az elektronveszteségre és az elektronnyereség csökkenésére utal. A modern meghatározás az oxigénnel járó reakciókra, valamint azokra, amelyek nem vesznek részt, például a metán (CH4) szénből és hidrogénből. Ha oxigént ad a metánhoz szén-dioxid és víz előállításához, az szintén oxidáció. A szénatom elveszíti az elektronokat, és oxidációs állapota megváltozik, miközben az oxigénatomok elektronokat nyernek és redukálódnak. Ezt redox reakciónak nevezik.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A metánmolekulában a szén oxidációs állapota -4, míg a hidrogéné +1.
A szén oxidációs állapota a metánban
Négy vegyértékes elektronja miatt a szén különféle oxidációs állapotokban létezhet, +4 és -4 között. Ezért alkot annyi vegyületet, többet, mint bármely más elem. Az adott vegyület állapotának meghatározásához általában meg kell vizsgálni azokat a kötéseket, amelyeket a vegyület többi elemével alkot.
A hidrogénnek csak egy vegyértékelektronja van, és mivel ez az elektron az első héjában van, csak egy elektronra van szüksége a héj kitöltéséhez. Ez elektron vonzóvá teszi, amelynek oxidációs állapota +1. A hidrogén elveszítheti az elektront és -1 oxidációs állapotban létezhet, amikor az 1. csoportba tartozó fémekkel egyesülve fém keletkezik hidridek, például NaH és LiH, de a legtöbb esetben, például amikor szénnel kombinálódik, mindig a +1 oxidációban van állapot.
A metánmolekulában lévő szén oxidációs állapotának kiszámításához az egyes szén-hidrogén kötéseket úgy kezeljük, mintha ionosak lennének. A molekulának nincs nettó töltése, ezért az összes szén-hidrogén kötés összegének 0-nak kell lennie. Ez azt jelenti, hogy a szénatom négy elektront adományoz, ezáltal oxidációs állapota -4.
A szén oxidációs állapota megváltozik, amikor metánt éget
Ha metánt és oxigént kombinál, a termékek szén-dioxid, víz és energia hő és fény formájában. A reakció kiegyensúlyozott egyenlete
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + energia
A szén ebben a reakcióban drámai változáson megy keresztül oxidációs állapotában. Míg oxidációs száma metánban -4, szén-dioxidban +4. Ez azért van, mert az oxigén egy elektron akceptor, amelynek oxidációs állapota mindig -2, és a CO minden szénatomjára két oxigénatom tartozik2. A hidrogén oxidációs állapota viszont változatlan marad.