Begreppet oxidation i kemi är något förvirrande, mest för att det går före en förståelse av atomens struktur och hur kemiska reaktioner uppstår. Termen uppstod när kemister analyserade reaktioner som involverade syre, vilket var det första kända oxidationsmedlet.
För moderna kemister som är bekanta med utbyte av elektroner i reaktioner avser oxidation förlust av elektroner och reduktion till förstärkning av elektroner. Den moderna definitionen gäller reaktioner som involverar syre såväl som de som inte gör det, såsom produktion av metan (CH4) från kol och väte. När du lägger till syre till metan för att producera koldioxid och vatten, är det också oxidation. Kolatomen förlorar elektroner och dess oxidationstillstånd ändras medan syreatomerna får elektroner och reduceras. Detta är känt som en redoxreaktion.
Oxidationstillståndet för kol i metanmolekylen är -4 medan det för väte är +1.
Oxidationstillståndet för kol i metan
På grund av dess fyra valenselektroner kan kol existera i en mängd olika oxidationstillstånd, från +4 till -4. Det är därför det bildar så många föreningar, mer än något annat element. För att bestämma dess tillstånd i en viss förening måste du i allmänhet titta på de bindningar den bildar med de andra elementen i föreningen.
Väte har bara en valenselektron, och eftersom den elektronen är i sitt första skal behöver den bara en elektron för att fylla skalet. Detta gör den till en elektronattraktor med ett oxidationstillstånd på +1. Väte kan också förlora en elektron och existera i ett -1 oxidationstillstånd när det kombineras med grupp 1-metaller för att bilda metallhydrider, såsom NaH och LiH, men i de flesta fall, som när det kombineras med kol, är det alltid i + 1 oxidationstillstånd.
För att beräkna oxidationstillståndet för kol i metanmolekylen , behandlar du varje kol-vätebindning som om den vore jonisk. Molekylen har ingen nettoladdning, så summan av alla kol-vätebindningar måste vara 0. Det betyder att kolatomen donerar fyra elektroner, vilket gör dess oxidationstillstånd -4.
Oxidationstillståndet för kol förändras när du bränner metan
När man kombinerar metan med syre är produkterna koldioxid, vatten och energi i form av värme och ljus. Den balanserade ekvationen för denna reaktion är CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O + energi.
Kol genomgår en dramatisk förändring i sitt oxidationstillstånd i denna reaktion. Medan dess oxidationstal i metan är -4, i koldioxid är det +4. Det beror på att syre är en elektronacceptor som alltid har ett oxidationstillstånd på -2, och det finns två syreatomer för varje kolatom i CO2. Vätets oxidationstillstånd förblir å andra sidan oförändrat.
