Koncept oksidacije v kemiji je nekoliko zmeden, predvsem zato, ker izhaja iz razumevanja strukture atoma in tega, kako potekajo kemične reakcije. Izraz je nastal, ko so kemiki analizirali reakcije, ki vključujejo kisik, ki je bil prvi znani oksidant.
Sodobnim kemikom, ki poznajo izmenjavo elektronov v reakcijah, se oksidacija nanaša na izgubo elektronov in zmanjšanje na dobiček elektronov. Sodobna opredelitev velja za reakcije, ki vključujejo kisik, pa tudi tiste, ki ne vključujejo, na primer proizvodnjo metana (CH4) iz ogljika in vodika. Ko metanu dodate kisik za proizvodnjo ogljikovega dioksida in vode, je to tudi oksidacija. Atom ogljika izgublja elektrone in njegovo oksidacijsko stanje se spreminja, medtem ko atomi kisika pridobivajo elektrone in so zmanjšani. To je znano kot redoks reakcija.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Stanje oksidacije ogljika v molekuli metana je -4, medtem ko je vodik +1.
Stanje oksidacije ogljika v metanu
Zaradi svojih štirih valentnih elektronov lahko ogljik obstaja v različnih stopnjah oksidacije, in sicer od +4 do -4. Zato tvori toliko spojin, več kot kateri koli drug element. Če želite določiti njeno stanje v določeni spojini, morate na splošno pogledati vezi, ki jih tvori z drugimi elementi v spojini.
Vodik ima samo en valenčni elektron in ker je ta elektron v svoji prvi lupini, potrebuje le en elektron, da napolni lupino. Zaradi tega je elektronski atraktor z oksidacijskim stanjem +1. Vodik lahko izgubi tudi elektron in obstaja v oksidacijskem stanju -1, ko se s kovinami skupine 1 tvori kovina hidridi, kot sta NaH in LiH, vendar je v večini primerov, na primer kadar se kombinira z ogljikom, vedno v +1 oksidaciji država.
Za izračun stopnje oksidacije ogljika v molekuli metana vsako vez ogljik-vodik obravnavate, kot da bi bila ionska. Molekula nima neto naboja, zato mora biti vsota vseh vezi ogljik-vodik 0. To pomeni, da atom ogljika donira štiri elektrone, zaradi česar je njegovo oksidacijsko stanje -4.
Stanje oksidacije ogljika se spremeni, ko zažgete metan
Ko kombinirate metan s kisikom, so proizvodi ogljikov dioksid, voda in energija v obliki toplote in svetlobe. Uravnotežena enačba za to reakcijo je
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + energija
V tej reakciji se ogljik močno spremeni v oksidacijskem stanju. Medtem ko je njegovo oksidacijsko število v metanu -4, v ogljikovem dioksidu pa +4. To je zato, ker je kisik akceptor elektronov, ki ima vedno oksidacijsko stanje -2, za vsak atom ogljika v CO pa sta dva atoma kisika2. Stanje oksidacije vodika pa ostaja nespremenjeno.