Поняття окислення в хімії є дещо заплутаним, здебільшого тому, що воно передує розумінню будови атома та того, як відбуваються хімічні реакції. Цей термін виник, коли хіміки аналізували реакції за участю кисню, який був першим відомим окислювачем.
Сучасним хімікам, знайомим з обміном електронів в реакціях, окислення відноситься до втрати електронів і відновлення до виходу електронів. Сучасне визначення застосовується до реакцій, що включають кисень, а також тих, які не застосовують, таких як виробництво метану (СН4) з вуглецю та водню. Коли ви додаєте кисень до метану для утворення вуглекислого газу та води, це також окислюється. Атом вуглецю втрачає електрони, і ступінь його окиснення змінюється, тоді як атоми кисню отримують електрони і відновлюються. Це відомо як окисно-відновна реакція.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Ступінь окиснення вуглецю в молекулі метану становить -4, тоді як водню +1.
Ступінь окислення вуглецю в метані
Завдяки своїм чотирьом валентним електронам вуглець може існувати в різних ступенях окислення, від +4 до -4. Ось чому він утворює стільки сполук, більше, ніж будь-який інший елемент. Щоб визначити його стан у певній сполуці, вам, як правило, потрібно розглянути зв’язки, які він утворює з іншими елементами сполуки.
У водню є лише один валентний електрон, і оскільки цей електрон знаходиться у своїй першій оболонці, йому потрібен лише один електрон для заповнення оболонки. Це робить його електронним атрактором із ступенем окиснення +1. Водень також може втратити електрон і існувати в стадії окислення -1, коли він поєднується з металами групи 1, утворюючи метал гідриди, такі як NaH і LiH, але в більшості випадків, наприклад, коли він поєднується з вуглецем, це завжди в окисленні +1 держава.
Для обчислення ступеня окиснення вуглецю в молекулі метану ви обробляєте кожен вуглецево-водневий зв’язок так, ніби він іонний. Молекула не має чистого заряду, тому сума всіх вуглецево-водневих зв’язків повинна бути 0. Це означає, що атом вуглецю віддає чотири електрони, що робить його ступінь окиснення -4.
Ступінь окислення вуглецю змінюється при спалюванні метану
Коли ви поєднуєте метан з киснем, продуктами є вуглекислий газ, вода та енергія у вигляді тепла та світла. Збалансоване рівняння для цієї реакції є
СН4 + 2 O2 -> CO2 + 2 год2O + енергія
У цій реакції вуглець різко змінюється в ступені окиснення. Тоді як його окисне число в метані дорівнює -4, а в діоксиді вуглецю - +4. Це тому, що кисень - це акцептор електронів, який завжди має ступінь окиснення -2, і на кожен атом вуглецю в СО є два атоми кисню2. Ступінь окиснення водню, навпаки, залишається незмінною.