O conceito de oxidação em química é um tanto confuso, principalmente porque antecede a compreensão da estrutura do átomo e de como ocorrem as reações químicas. O termo surgiu quando os químicos analisavam reações envolvendo o oxigênio, que foi o primeiro agente oxidante conhecido.
Para os químicos modernos familiarizados com a troca de elétrons nas reações, a oxidação se refere à perda de elétrons e a redução ao ganho de elétrons. A definição moderna se aplica a reações que envolvem oxigênio, bem como àquelas que não envolvem, como a produção de metano (CH4) de carbono e hidrogênio. Quando você adiciona oxigênio ao metano para produzir dióxido de carbono e água, isso também é oxidação. O átomo de carbono perde elétrons e seu estado de oxidação muda enquanto os átomos de oxigênio ganham elétrons e são reduzidos. Isso é conhecido como reação redox.
TL; DR (muito longo; Não li)
O estado de oxidação do carbono na molécula de metano é -4, enquanto o do hidrogênio é +1.
O estado de oxidação do carbono em metano
Por causa de seus quatro elétrons de valência, o carbono pode existir em uma variedade de estados de oxidação, variando de +4 a -4. É por isso que forma tantos compostos, mais do que qualquer outro elemento. Para determinar seu estado em um composto específico, geralmente é necessário observar as ligações que ele forma com os outros elementos do composto.
O hidrogênio tem apenas um elétron de valência e, como esse elétron está em sua primeira camada, ele precisa de apenas um elétron para preencher a camada. Isso o torna um atrator de elétrons com um estado de oxidação de +1. O hidrogênio também pode perder um elétron e existir em um estado de oxidação -1 quando se combina com os metais do Grupo 1 para formar o metal hidretos, como NaH e LiH, mas na maioria dos casos, como quando se combina com carbono, está sempre na oxidação +1 Estado.
Para calcular o estado de oxidação do carbono na molécula de metano, você trata cada ligação carbono-hidrogênio como se fosse iônica. A molécula não tem carga líquida, então a soma de todas as ligações carbono-hidrogênio deve ser 0. Isso significa que o átomo de carbono doa quatro elétrons, o que torna seu estado de oxidação -4.
O estado de oxidação do carbono muda quando você queima metano
Quando você combina metano com oxigênio, os produtos são dióxido de carbono, água e energia na forma de calor e luz. A equação balanceada para esta reação é
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2Energia O +
O carbono sofre uma mudança dramática em seu estado de oxidação nesta reação. Enquanto seu número de oxidação no metano é -4, no dióxido de carbono é +4. Isso ocorre porque o oxigênio é um aceptor de elétrons que sempre tem um estado de oxidação de -2, e há dois átomos de oxigênio para cada átomo de carbono no CO2. O estado de oxidação do hidrogênio, por outro lado, permanece o mesmo.