Conceptul de oxidare în chimie este unul oarecum confuz, mai ales pentru că este anterior unei înțelegeri a structurii atomului și a modului în care apar reacțiile chimice. Termenul a apărut atunci când chimiștii au analizat reacțiile care implică oxigen, care a fost primul agent oxidant cunoscut.
Pentru chimiștii moderni familiarizați cu schimbul de electroni în reacții, oxidarea se referă la pierderea de electroni și reducerea la câștigul de electroni. Definiția modernă se aplică atât reacțiilor care implică oxigen, cât și celor care nu, cum ar fi producerea de metan (CH4) din carbon și hidrogen. Când adăugați oxigen la metan pentru a produce dioxid de carbon și apă, aceasta este și oxidare. Atomul de carbon pierde electroni, iar starea sa de oxidare se schimbă în timp ce atomii de oxigen câștigă electroni și sunt reduși. Aceasta este cunoscută sub numele de reacție redox.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Starea de oxidare a carbonului din molecula de metan este -4 în timp ce cea a hidrogenului este +1.
Starea de oxidare a carbonului în metan
Datorită celor patru electroni de valență, carbonul poate exista într-o varietate de stări de oxidare, variind de la +4 la -4. De aceea formează atât de mulți compuși, mai mult decât orice alt element. Pentru a determina starea acestuia într-un anumit compus, în general trebuie să vă uitați la legăturile pe care le formează cu celelalte elemente din compus.
Hidrogenul are un singur electron de valență și, din moment ce acel electron se află în prima sa coajă, are nevoie de un singur electron pentru a umple coaja. Acest lucru îl face un atractor de electroni cu o stare de oxidare de +1. Hidrogenul poate pierde, de asemenea, un electron și poate exista într-o stare de oxidare -1 atunci când se combină cu grupele 1 metale pentru a forma metal hidruri, cum ar fi NaH și LiH, dar în majoritatea cazurilor, cum ar fi atunci când se combină cu carbonul, este întotdeauna în oxidarea +1 stat.
Pentru a calcula starea de oxidare a carbonului din molecula de metan, tratați fiecare legătură carbon-hidrogen ca și cum ar fi ionică. Molecula nu are sarcină netă, deci suma tuturor legăturilor carbon-hidrogen trebuie să fie 0. Aceasta înseamnă că atomul de carbon donează patru electroni, ceea ce face starea de oxidare -4.
Starea de oxidare a carbonului se modifică atunci când ardeți metan
Când combinați metanul cu oxigenul, produsele sunt dioxid de carbon, apă și energie sub formă de căldură și lumină. Ecuația echilibrată pentru această reacție este
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + energie
Carbonul suferă o schimbare dramatică a stării sale de oxidare în această reacție. În timp ce numărul său de oxidare în metan este -4, în dioxid de carbon, este +4. Asta pentru că oxigenul este un acceptor de electroni care are întotdeauna o stare de oxidare de -2 și există doi atomi de oxigen pentru fiecare atom de carbon din CO2. Starea de oxidare a hidrogenului, pe de altă parte, rămâne neschimbată.