化学における酸化の概念は、主に原子の構造と化学反応がどのように発生するかを理解する前からあるため、やや紛らわしいものです。 この用語は、化学者が最初の既知の酸化剤である酸素を含む反応を分析していたときに由来しました。
反応における電子の交換に精通している現代の化学者にとって、酸化とは電子の喪失と電子の獲得への還元を指します。 現代の定義は、メタン（CH）の生成など、酸素を含む反応と含まない反応に適用されます。4）炭素と水素から。 メタンに酸素を加えて二酸化炭素と水を生成すると、それは酸化でもあります。 炭素原子は電子を失い、その酸化状態は変化しますが、酸素原子は電子を獲得して還元されます。 これはレドックス反応として知られています。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
メタン分子の炭素の酸化状態は-4で、水素の酸化状態は+1です。
メタン中の炭素の酸化状態
その4つの価電子のために、炭素は+4から-4の範囲のさまざまな酸化状態で存在する可能性があります。 それが他のどの元素よりも多くの化合物を形成する理由です。 特定の化合物での状態を判断するには、通常、化合物の他の元素との結合を調べる必要があります。
水素には価電子が1つしかなく、その電子は最初の殻にあるため、殻を満たすのに必要な電子は1つだけです。 これにより、酸化状態が+1の電子アトラクタになります。 水素はまた、電子を失い、第1族金属と結合して金属を形成すると、-1の酸化状態で存在する可能性があります。 NaHやLiHなどの水素化物ですが、炭素と結合する場合など、ほとんどの場合、常に+1酸化されます。 状態。
メタン分子内の炭素の酸化状態を計算するには、各炭素-水素結合をイオン性であるかのように扱います。 分子には正味の電荷がないため、すべての炭素-水素結合の合計は0である必要があります。 これは、炭素原子が4つの電子を提供することを意味し、その酸化状態は-4になります。
メタンを燃やすと炭素の酸化状態が変化します
メタンと酸素を組み合わせると、生成物は二酸化炭素、水、そして熱と光の形のエネルギーになります。 この反応の平衡方程式は次のとおりです。
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O +エネルギー
炭素は、この反応で酸化状態が劇的に変化します。 メタンの酸化数は-4ですが、二酸化炭素の酸化数は+4です。 これは、酸素が常に-2の酸化状態を持つ電子受容体であり、COの炭素原子ごとに2つの酸素原子があるためです。2. 一方、水素の酸化状態は変化しません。