วิธีการแก้สถานะออกซิเดชันของ CH4

แนวคิดเรื่องการเกิดออกซิเดชันในวิชาเคมีเป็นเรื่องที่ค่อนข้างสับสน ส่วนใหญ่เป็นเพราะความเข้าใจในโครงสร้างของอะตอมและปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้อย่างไร คำนี้เกิดขึ้นเมื่อนักเคมีวิเคราะห์ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจน ซึ่งเป็นสารออกซิไดซ์ตัวแรกที่รู้จัก

สำหรับนักเคมีสมัยใหม่ที่คุ้นเคยกับการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยา การเกิดออกซิเดชันหมายถึงการสูญเสียอิเล็กตรอนและการลดลงไปสู่การรับอิเล็กตรอน คำนิยามสมัยใหม่ใช้กับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนและปฏิกิริยาที่ไม่เกี่ยวข้องกับออกซิเจน เช่น การผลิตก๊าซมีเทน (CHH)₄) จากคาร์บอนและไฮโดรเจน เมื่อคุณเติมออกซิเจนลงในก๊าซมีเทนเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ นั่นเป็นการออกซิเดชันด้วย อะตอมของคาร์บอนสูญเสียอิเล็กตรอนและสถานะออกซิเดชันของมันจะเปลี่ยนไปในขณะที่อะตอมของออกซิเจนได้รับอิเล็กตรอนและลดลง นี้เรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนในโมเลกุลมีเทนคือ -4 ในขณะที่ไฮโดรเจนคือ +1

เนื่องจากวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว คาร์บอนจึงสามารถอยู่ในสถานะออกซิเดชันได้หลากหลาย ตั้งแต่ +4 ถึง -4 นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดสารประกอบจำนวนมาก มากกว่าองค์ประกอบอื่นๆ ในการพิจารณาสถานะของสารประกอบเฉพาะ โดยทั่วไปคุณต้องดูที่พันธะที่ก่อตัวขึ้นกับองค์ประกอบอื่นๆ ในสารประกอบ

ไฮโดรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว และเนื่องจากอิเล็กตรอนนั้นอยู่ในเปลือกแรก มันจึงต้องการอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในการเติมเปลือก ทำให้เป็นตัวดึงดูดอิเล็กตรอนที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 ไฮโดรเจนยังสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนและอยู่ในสถานะออกซิเดชัน -1 เมื่อรวมกับโลหะกลุ่ม 1 เพื่อสร้างโลหะ ไฮไดรด์ เช่น NaH และ LiH แต่โดยส่วนใหญ่แล้ว เช่น เมื่อรวมกับคาร์บอนก็จะอยู่ใน +1 ออกซิเดชันเสมอ สถานะ.

ในการคำนวณสถานะออกซิเดชันของคาร์บอนในโมเลกุลมีเทน คุณต้องปฏิบัติกับพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนแต่ละพันธะราวกับว่ามันเป็นไอออนิก โมเลกุลไม่มีประจุสุทธิ ดังนั้นผลรวมของพันธะคาร์บอน-ไฮโดรเจนทั้งหมดต้องเป็น 0 ซึ่งหมายความว่าอะตอมของคาร์บอนบริจาคอิเล็กตรอนสี่ตัวซึ่งทำให้สถานะออกซิเดชัน -4

เมื่อคุณรวมก๊าซมีเทนกับออกซิเจน ผลิตภัณฑ์จะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงานในรูปของความร้อนและแสง สมการสมดุลสำหรับปฏิกิริยานี้คือ

CH₄ + 2 โอ₂ -> CO₂ + 2 ชั่วโมง₂O + พลังงาน

คาร์บอนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในสถานะออกซิเดชันในปฏิกิริยานี้ ในขณะที่เลขออกซิเดชันในมีเทนคือ -4 ในคาร์บอนไดออกไซด์ มันคือ +4 นั่นเป็นเพราะออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนซึ่งมีสถานะออกซิเดชันเป็น -2 เสมอ และมีอะตอมออกซิเจนสองอะตอมสำหรับอะตอมของคาร์บอนทุกตัวใน CO₂. สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง