Pojem oxidácie v chémii je trochu mätúci, hlavne preto, že predchádza pochopeniu štruktúry atómu a spôsobu, akým prebiehajú chemické reakcie. Termín vznikol, keď chemici analyzovali reakcie zahŕňajúce kyslík, ktorý bol prvým známym oxidačným činidlom.
Pre moderných chemikov oboznámených s výmenou elektrónov v reakciách oxidácia znamená stratu elektrónov a redukciu zisku elektrónov. Moderná definícia platí pre reakcie, ktoré zahŕňajú kyslík, aj pre reakcie, ktoré také neobsahujú, ako je výroba metánu (CH4) z uhlíka a vodíka. Keď do metánu pridáte kyslík, aby ste vytvorili oxid uhličitý a vodu, je to tiež oxidácia. Atóm uhlíka stráca elektróny a jeho oxidačný stav sa mení, zatiaľ čo atómy kyslíka získavajú elektróny a sú redukované. Toto sa nazýva redoxná reakcia.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Oxidačný stav uhlíka v molekule metánu je -4, zatiaľ čo vodíkový stav je +1.
Oxidačný stav uhlíka v metáne
Vďaka svojim štyromocnostným elektrónom môže uhlík existovať v rôznych oxidačných stavoch, od +4 do -4. Preto tvorí toľko zlúčenín, viac ako akýkoľvek iný prvok. Ak chcete zistiť jeho stav v konkrétnej zlúčenine, musíte sa všeobecne pozrieť na väzby, ktoré vytvára s ostatnými prvkami v zlúčenine.
Vodík má iba jeden valenčný elektrón a keďže sa tento elektrón nachádza v prvom obale, na naplnenie obalu potrebuje iba jeden elektrón. To z neho robí elektrónový atraktor s oxidačným stavom +1. Vodík môže tiež stratiť elektrón a existovať v oxidačnom stave -1, keď sa skombinuje s kovmi skupiny 1 za vzniku kovu hydridy, ako je NaH a LiH, ale vo väčšine prípadov, napríklad pri kombinácii s uhlíkom, je vždy v oxidácii +1 štát.
Pri výpočte oxidačného stavu uhlíka v molekule metánu sa s každou väzbou uhlík-vodík zaobchádza, akoby bola iónová. Molekula nemá žiadny čistý náboj, takže súčet všetkých väzieb uhlík-vodík musí byť 0. To znamená, že atóm uhlíka daruje štyri elektróny, vďaka čomu je v oxidačnom stave -4.
Oxidačný stav uhlíka sa mení pri spaľovaní metánu
Keď skombinujete metán s kyslíkom, produktmi sú oxid uhličitý, voda a energia vo forme tepla a svetla. Vyvážená rovnica pre túto reakciu je
CH4 + 2 O.2 -> CO2 + 2 H2O + energia
Uhlík v tejto reakcii prechádza dramatickou zmenou svojho oxidačného stavu. Zatiaľ čo jeho oxidačné číslo v metáne je -4, v oxide uhličitom je to +4. Je to preto, že kyslík je akceptor elektrónov, ktorý má vždy oxidačný stav -2 a pre každý atóm uhlíka v CO existujú dva atómy kyslíka.2. Oxidačný stav vodíka na druhej strane zostáva nezmenený.