Концепция окисления в химии несколько сбивает с толку, главным образом потому, что она предшествует пониманию структуры атома и того, как протекают химические реакции. Этот термин возник, когда химики анализировали реакции с участием кислорода, который был первым известным окислителем.
Для современных химиков, знакомых с обменом электронами в реакциях, окисление означает потерю электронов, а восстановление - получение электронов. Современное определение применяется как к реакциям, в которых участвует кислород, так и к реакциям, в которых не участвует, например, к образованию метана (CH4) из углерода и водорода. Когда вы добавляете кислород к метану для образования углекислого газа и воды, это тоже окисление. Атом углерода теряет электроны, и его состояние окисления изменяется, в то время как атомы кислорода получают электроны и восстанавливаются. Это называется окислительно-восстановительной реакцией.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Степень окисления углерода в молекуле метана составляет -4, а у водорода +1.
Состояние окисления углерода в метане.
Благодаря четырем валентным электронам углерод может находиться в различных степенях окисления от +4 до -4. Вот почему он образует так много соединений, больше, чем любой другой элемент. Чтобы определить его состояние в конкретном соединении, вы обычно должны смотреть на связи, которые оно образует с другими элементами в соединении.
Водород имеет только один валентный электрон, и поскольку этот электрон находится в своей первой оболочке, ему нужен только один электрон, чтобы заполнить оболочку. Это делает его аттрактором электронов со степенью окисления +1. Водород также может потерять электрон и существовать в степени окисления -1, когда он соединяется с металлами 1-й группы с образованием металла. гидриды, такие как NaH и LiH, но в большинстве случаев, например, когда он соединяется с углеродом, он всегда находится в окислении +1 государственный.
Чтобы вычислить степень окисления углерода в молекуле метана, вы обрабатываете каждую связь углерод-водород, как если бы она была ионной. Молекула не имеет чистого заряда, поэтому сумма всех углерод-водородных связей должна быть равна 0. Это означает, что атом углерода отдает четыре электрона, что делает его степень окисления -4.
Состояние окисления углерода изменяется при сжигании метана
Когда вы соединяете метан с кислородом, образуются углекислый газ, вода и энергия в виде тепла и света. Сбалансированное уравнение для этой реакции имеет вид
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 часа2O + энергия
Углерод претерпевает резкое изменение степени окисления в этой реакции. В то время как его степень окисления в метане составляет -4, в двуокиси углерода - +4. Это потому, что кислород является акцептором электронов, который всегда имеет степень окисления -2, и на каждый атом углерода в CO приходится два атома кислорода.2. С другой стороны, степень окисления водорода остается неизменной.