Chemijos oksidacijos samprata yra šiek tiek paini, daugiausia dėl to, kad ji yra ankstesnė už atomo struktūros ir cheminių reakcijų suvokimo supratimą. Šis terminas atsirado, kai chemikai analizavo reakcijas, susijusias su deguonimi, kuris buvo pirmasis žinomas oksidatorius.
Šiuolaikiniams chemikams, žinantiems elektronų mainus reakcijose, oksidacija reiškia elektronų praradimą ir sumažėjimą iki elektronų prieaugio. Šiuolaikinis apibrėžimas taikomas reakcijoms, kuriose dalyvauja deguonis, ir toms, kurios nedaro, pavyzdžiui, metano (CH4) iš anglies ir vandenilio. Pridedant deguonies į metaną, susidaro anglies dioksidas ir vanduo, tai taip pat oksidacija. Anglies atomas praranda elektronus, o jo oksidacijos būsena keičiasi, o deguonies atomai gauna elektronus ir yra redukuojami. Tai vadinama redokso reakcija.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Anglies oksidacijos būsena metano molekulėje yra –4, o vandenilio - +1.
Metano anglies oksidacijos būsena
Dėl keturių valentinių elektronų anglis gali egzistuoti įvairiose oksidacijos būsenose, nuo +4 iki -4. Štai kodėl jis sudaro tiek daug junginių, nei bet kuris kitas elementas. Norėdami nustatyti jo būseną konkrečiame junginyje, paprastai turite pažvelgti į ryšius, kuriuos jis sudaro su kitais junginio elementais.
Vandenilis turi tik vieną valentinį elektroną, ir kadangi tas elektronas yra jo pirmame apvalkale, jam užpildyti reikia tik vieno elektrono. Tai paverčia jį elektronų pritraukėju, kurio oksidacijos būsena yra +1. Vandenilis taip pat gali prarasti elektroną ir egzistuoti -1 oksidacijos būsenoje, kai jis sujungiamas su 1 grupės metalais ir susidaro metalas hidridai, tokie kaip NaH ir LiH, tačiau daugeliu atvejų, pavyzdžiui, kai jis derinamas su anglimi, jis visada oksiduojamas +1 valstija.
Norėdami apskaičiuoti anglies oksidacijos būseną metano molekulėje, kiekvieną anglies ir vandenilio jungtį traktuojate tarsi joninę. Molekuloje nėra grynojo krūvio, todėl visų anglies-vandenilio ryšių suma turi būti 0. Tai reiškia, kad anglies atomas dovanoja keturis elektronus, todėl jo oksidacijos būsena yra -4.
Anglies oksidacijos būsena keičiasi deginant metaną
Derinant metaną su deguonimi, produktai yra anglies dioksidas, vanduo ir energija šilumos ir šviesos pavidalu. Subalansuota šios reakcijos lygtis yra
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + energija
Šioje reakcijoje anglies oksidacijos būsena pasikeičia dramatiškai. O jo oksidacijos metane skaičius yra –4, anglies dvideginyje - +4. Taip yra todėl, kad deguonis yra elektronų akceptorius, kurio oksidacijos būsena visada yra -2, o kiekviename CO anglies atome yra du deguonies atomai.2. Kita vertus, vandenilio oksidacijos būsena lieka nepakitusi.