Oksidācijas jēdziens ķīmijā ir nedaudz mulsinošs, galvenokārt tāpēc, ka tas ir pirms izpratnes par atoma struktūru un to, kā notiek ķīmiskās reakcijas. Šis termins radās, kad ķīmiķi analizēja reakcijas, kurās iesaistīts skābeklis, kas bija pirmais zināmais oksidētājs.
Mūsdienu ķīmiķiem, kas pārzina elektronu apmaiņu reakcijās, oksidēšanās attiecas uz elektronu zudumu un reducēšanu uz elektronu pieaugumu. Mūsdienu definīcija attiecas uz reakcijām, kurās iesaistīts skābeklis, kā arī uz tām, kuras to nedara, piemēram, metāna (CH4) no oglekļa un ūdeņraža. Pievienojot metānam skābekli, lai iegūtu oglekļa dioksīdu un ūdeni, tas ir arī oksidēšanās process. Oglekļa atoms zaudē elektronus, un tā oksidācijas stāvoklis mainās, kamēr skābekļa atomi iegūst elektronus un samazinās. To sauc par redoksreakciju.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Oglekļa oksidēšanās pakāpe metāna molekulā ir -4, bet ūdeņraža - +1.
Oglekļa oksidēšanās stāvoklis metānā
Četru valences elektronu dēļ ogleklis var pastāvēt dažādos oksidācijas stāvokļos, sākot no +4 līdz -4. Tāpēc tas veido tik daudz savienojumu, vairāk nekā jebkurš cits elements. Lai noteiktu tā stāvokli konkrētā savienojumā, jums parasti ir jāaplūko saites, ko tas veido ar citiem savienojuma elementiem.
Ūdeņradim ir tikai viens valences elektrons, un tā kā šis elektrons atrodas tā pirmajā apvalkā, tā piepildīšanai ir vajadzīgs tikai viens elektrons. Tas padara to par elektronu piesaistītāju ar oksidācijas pakāpi +1. Ūdeņradis var arī zaudēt elektronu un eksistēt -1 oksidācijas stāvoklī, kad tas apvienojas ar 1. grupas metāliem, veidojot metālu hidrīdi, piemēram, NaH un LiH, bet vairumā gadījumu, piemēram, kad tas apvienojas ar oglekli, tas vienmēr ir +1 oksidācijā Valsts.
Lai aprēķinātu oglekļa oksidēšanas pakāpi metāna molekulā, jūs izturaties pret katru oglekļa-ūdeņraža saiti tā, it kā tā būtu joniska. Molekulai nav neto lādiņa, tāpēc visu oglekļa-ūdeņraža saišu summai jābūt 0. Tas nozīmē, ka oglekļa atoms ziedo četrus elektronus, kas padara tā oksidācijas stāvokli -4.
Oglekļa oksidēšanās stāvoklis mainās, sadedzinot metānu
Apvienojot metānu ar skābekli, produkti ir oglekļa dioksīds, ūdens un enerģija siltuma un gaismas formā. Šīs reakcijas līdzsvarotais vienādojums ir
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + enerģija
Šajā reakcijā ogleklis piedzīvo dramatiskas izmaiņas oksidācijas stāvoklī. Tā kā tā oksidācijas skaitlis metānā ir -4, oglekļa dioksīdā tas ir +4. Tas ir tāpēc, ka skābeklis ir elektronu akceptors, kura oksidācijas stāvoklis vienmēr ir -2, un katram CO oglekļa atomam ir divi skābekļa atomi2. Savukārt ūdeņraža oksidācijas stāvoklis nemainās.