Sådan løses oxidationstilstanden CH4

Konceptet med oxidation i kemi er noget forvirrende, mest fordi det foregår en forståelse af atomets struktur og hvordan kemiske reaktioner opstår. Udtrykket stammer fra, når kemikere analyserede reaktioner, der involverede ilt, som var det første kendte oxidationsmiddel.

Til moderne kemikere, der er bekendt med udvekslingen af elektroner i reaktioner, henviser oxidation til tabet af elektroner og reduktion til gevinsten ved elektroner. Den moderne definition gælder for reaktioner, der involverer ilt såvel som dem, der ikke gør det, såsom produktion af metan (CH _{4) fra kulstof og brint. Når du tilsætter ilt til methan for at producere kuldioxid og vand, er det også oxidation. Kulstofatomet mister elektroner, og dets oxidationstilstand ændres, mens iltatomerne får elektroner og reduceres. Dette er kendt som en redoxreaktion.}

TL; DR (for lang; læste ikke)

Oxidationstilstanden for kulstof i metanmolekylet er -4, mens den for brint er + 1.
Oxidationstilstanden for kulstof i metan

På grund af dens fire valenselektroner kan kulstof findes i en række forskellige oxidationstilstande, der spænder fra +4 til -4. Derfor danner det så mange forbindelser mere end noget andet element. For at bestemme dens tilstand i en bestemt forbindelse skal du generelt se på de bindinger, den danner med de andre elementer i forbindelsen.

Brint har kun et valenselektron, og da det elektron er i dets første skal, det behøver kun et elektron for at fylde skallen. Dette gør det til en elektrontrækker med en oxidationstilstand på +1. Brint kan også miste et elektron og eksistere i en -1 oxidationstilstand, når det kombineres med gruppe 1-metaller til dannelse af metalhydrider, såsom NaH og LiH, men i de fleste tilfælde, som når det kombineres med kulstof, er det altid i + 1 oxidationstilstand.

For at beregne oxidationstilstanden for kulstof i methanmolekylet behandler du hver carbon-hydrogenbinding som om den var ionisk. Molekylet har ingen nettoladning, så summen af alle kulstof-brintbindinger skal være 0. Dette betyder, at carbonatomet donerer fire elektroner, hvilket gør dets oxidationstilstand -4.
Oxidationstilstanden af kulstof ændres, når du Brænd metan

Når du kombinerer metan med ilt, er produkterne kuldioxid, vand og energi i form af varme og lys. Den afbalancerede ligning for denne reaktion er

CH _{4 + 2 O 2 -> CO 2 + 2 H 2O + energi -}

Kulstof gennemgår en dramatisk ændring i dens oxidationstilstand i denne reaktion. Mens dets oxidationstal i metan er -4, i kuldioxid, er det +4. Det skyldes, at ilt er en elektronacceptor, der altid har en oxidationstilstand på -2, og der er to oxygenatomer for hvert carbonatom i CO _{2. Oxidationstilstanden for brint er på den anden side uændret.}