アルコールの燃焼における酸化の説明

質問

資格取得のため、化学を学習している化学初心者です。あるテキストの問題に、「アルコールが燃焼して二酸化炭素と水になった」。このアルコールは「酸化されている」で○となっていました。たとえば、メタノールの場合は、「２ＣＨ３OH ＋３O２→２CO２＋４H２O」となると思うのですが、なぜ、この２ＣＨ３OH が酸化されているのかが理解できません。わかりやすい解説を、よろしくお願いいたします。

回答No.2

toraccha · ベストアンサー

最も素朴な表現では，酸化とは酸素と化合するという意味です。

メタノールCH3OHは炭素原子1個と水素原子4個が酸素原子1個と結びついています。
反応式はメタノール分子2個(あわせてCが2個，Hが8個，Oが2個)と3個の酸素分子O2(Oが6個)と化合して，二酸化炭素分子2個，水分子4個ができることを意味しています。
反応後は2個のCと8個のHがあわせて8個のOと結びついています。

反応前に比べて，CやHを結びついているOの数が増えています。これが「酸化されている」ということです。

上の反応式で，もっと単純に考えるなら，CH3OHが酸素O2と反応しているから「酸化されている」と考えてもかまいません。

お礼

CH３OHが酸素O２と反応しているから「酸化されている」と考えるなら、確かに酸化となりますね。正直、完全には理解できませんでしたが、参考になりました。ありがとうございました。

回答No.4

NiPdPt

厳密に語るならば、メタノールを構成している原子の酸化数が全体として増加しているから酸化されているということになります。

しかし、酸化数は初学者には幾分わかりにくい概念かも知れません。

ただ、アルコール→アルデヒド→カルボン酸という酸化の流れはわかっておられるようですので、違った視点から説明します。すなわち、その酸化の流れにおいて、そのカルボン酸の次にくるのがCO2と考えるのが妥当です。

つまり、CH3OHのCに結合したHがOHに置き換わり、CH2(OH)2になり、それから水がとれたものがHCHOという見方ができます。
その残っているHがもう一度OHで置き換わればHCOOHのギ酸になります。さらに最後の１個のHがOHで置き換わればH2CO3の炭酸になり、これはH2OとCO2になります。これで完全燃焼です。

エタノールであれば途中にC-C結合が切れてOH置き換わる段階を考える必要がありますが、本質的には同じことです。もちろん、実際の燃焼が上記の段取りで起こっているわけではありませんが、HやCがOで置き換わる段階を進めるたびに酸化が進んでいくということです。

お礼

非常に、詳細な解説をありがとうございました。ただ……私の理解力では、少しわからない部分がありました……。そこで、もう一度、考えたのですが、ごく単純に、「２ＣＨ３OH ＋３O２→２CO２＋４H２O」のＣＨ３OHとCO２を比べた場合、
ＣＨ３OH からHが２個も取れているので、「酸化である。」、あるいは、ＣＨ３OHより、CO２の方がOが１個多いので、「酸化である。」と考えました。これで、よろしいでしょうか?

回答No.3

ORUKA1951

酸化の定義はいくつかあります。
1) 元もとの意味は酸素と化合する
　酸素と結びつけば酸化、酸素が外れると還元

2) それでは酸素が関与しない場合に困るので
　水素が失われると酸化、水素と結びつけば還元

3) 電子を失うと酸化、電子をもらうと還元
　金属は電子を失って酸化されます。
　たとえば、
　　2Fe2O3 (赤鉄鉱) + 3C → 4Fe + 3CO2　このときは酸素を失っていますが
　　2FeS (硫化鉄) + C → 2Fe + CS2　酸素はないけど・・・

2CH3OH + 3O2 →　2CO2 + 4H2O
のばあい、酸素と結びついているから(1)によって酸化なのです。このとき酸素は、酸化数±0価から、－2価に変化--電子を受け取って--還元されています。
　酸化と還元は必ずペアで起きますから、酸化還元反応と呼ぶべきです。

　同じアルコールを、熱して黒くなった銅線に接触させると、
CH3OH + CuO → HCHO(ホルムアルデヒド) + Cu + H2O
となって、途中までしか酸化されません。
C2H5OH + CuO → CH3CHO(アセトアルデヒド) + Cu + H2O
　　・・・体内でもこれと同じ過程をとります。アセトアルデヒドは二日酔いの原因
　　　さらに、酢酸(CH3COOH)に酸化され、最終的にCO2と水になります。

CH3OH + CuO → HCHO(ホルムアルデヒド) + Cu + H2O
メタノールは酸化されて、ホルムアルデヒドと水になります。
酸化銅は還元されて金属銅になります。

お礼

理解が、かなり進んできました。ありがとうございました。私の理解は、「CH３OH + CuO → HCHO(ホルムアルデヒド) + Cu + H2O」において、CH３OHと HCHOを比べた場合、 HCHOの方がCH３OH に対して、 Hの数が２個少なくなっているので、酸化されている、ですが、これでよろしいでしょうか?

回答No.1

keyuki

極端に言うと

メタノールを構成するＣとＨが酸化されてるんです。

お礼

ありがとうございました。