Het concept van oxidatie in de chemie is enigszins verwarrend, vooral omdat het voorafgaat aan een begrip van de structuur van het atoom en hoe chemische reacties optreden. De term is ontstaan toen chemici reacties met zuurstof analyseerden, wat het eerste bekende oxidatiemiddel was.

Voor moderne chemici die bekend zijn met de uitwisseling van elektronen in reacties, verwijst oxidatie naar het verlies van elektronen en de vermindering van de winst van elektronen. De moderne definitie is van toepassing op reacties waarbij zuurstof betrokken is, maar ook op reacties die dat niet doen, zoals de productie van methaan (CH 4) uit koolstof en waterstof. Wanneer je zuurstof aan methaan toevoegt om kooldioxide en water te produceren, is dat ook oxidatie. Het koolstofatoom verliest elektronen en de oxidatietoestand verandert terwijl de zuurstofatomen elektronen winnen en worden gereduceerd. Dit staat bekend als een redoxreactie.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

De oxidatietoestand van koolstof in het methaanmolecuul is -4 terwijl die van waterstof + is 1.
De oxidatietoestand van koolstof in methaan

Vanwege de vier valentie-elektronen kan koolstof in verschillende oxidatietoestanden voorkomen, variërend van +4 tot -4. Daarom vormt het zoveel verbindingen, meer dan enig ander element. Om de staat ervan in een bepaalde verbinding te bepalen, moet je over het algemeen kijken naar de bindingen die het vormt met de andere elementen in de verbinding.

Waterstof heeft slechts één valentie-elektron, en aangezien dat elektron zich in zijn eerste schil bevindt, het heeft slechts één elektron nodig om de schaal te vullen. Dit maakt het een elektronenaantrekker met een oxidatietoestand van +1. Waterstof kan ook een elektron verliezen en bestaan in een -1 oxidatietoestand wanneer het combineert met Groep 1 metalen om metaalhydriden te vormen, zoals NaH en LiH, maar in de meeste gevallen, zoals wanneer het combineert met koolstof, is het altijd in de + 1 oxidatietoestand.

Om de oxidatietoestand van koolstof in het methaanmolecuul te berekenen, behandel je elke koolstof-waterstofbinding alsof het ionisch is. Het molecuul heeft geen netto lading, dus de som van alle koolstof-waterstofbindingen moet 0 zijn. Dit betekent dat het koolstofatoom vier elektronen doneert, waardoor de oxidatietoestand -4 wordt.
De oxidatietoestand van koolstof verandert wanneer u Brand methaan

Wanneer u methaan combineert met zuurstof, zijn de producten koolstofdioxide, water en energie in de vorm van warmte en licht. De evenwichtige vergelijking voor deze reactie is

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

Koolstof ondergaat een dramatische verandering in zijn oxidatietoestand in deze reactie. Terwijl het oxidatiegetal in methaan -4 is, in koolstofdioxide, is het +4. Dat komt omdat zuurstof een elektronenacceptor is die altijd een oxidatietoestand van -2 heeft, en er zijn twee zuurstofatomen voor elk koolstofatoom in CO _{2. De oxidatietoestand van waterstof blijft daarentegen onveranderd.}