Šajā rakstā mēs aplūkosim oksidācijas fenomenu. Šis ir daudzkomponentu jēdziens, kas parādās dažādās zinātnes jomās, piemēram, bioloģijā un ķīmijā. Iepazīsimies arī ar šī procesa dažādību un būtību.
Ievads
No pamata un sākotnējā viedokļa oksidēšana ir ķīmiska rakstura process, ko pavada vielas atomu oksidēšanās pakāpes paaugstināšanās, kas tai pakļauta. Šī parādība rodas elektronu pārnešanas dēļ no viena atoma (reducētājs un donors) uz otru (akceptors un oksidētājs).
Šī terminoloģiskā vienība ķīmijas apritē tika ieviesta 19. gadsimta sākumā, un akadēmiķis V. M. Severgin, lai izveidotu apzīmējumu, kas norāda uz vielu mijiedarbību ar atmosfēras gaisa skābekli.
Dažos gadījumos molekulas oksidēšanās ir saistīta ar nestabilitātes radīšanu vielas struktūrā un noved pie tās sadalīšanās molekulās ar lielāku stabilitāti un maziem izmēriem. Fakts ir tāds, ka šo procesu var atkārtot vairākos dažādos slīpēšanas līmeņos. Tas ir, mazākā veidojas daļiņa var arītiem ir augstāka oksidācijas pakāpe nekā atomu daļiņām, kas bija sākotnējās tajā pašā vielā, bet lielākas un stabilākas.
Ķīmijā pastāv zemākās un augstākās oksidācijas pakāpes jēdziens. Tas ļauj mums klasificēt atomus pēc to spējas parādīt šo īpašību. Augstākais oksidācijas līmenis atbilst tās grupas numuram, kurā atrodas elements. Zemāko pakāpi parasti nosaka pāra un nepāra skaitļa atbilstība: augstākais 8=mazākais 2, augstākais 7=mazākais 1.
Sadegšana
Sadegšana ir oksidācijas process. Atmosfēras gaisā (kā arī tīra skābekļa vidē) tie var oksidēties degšanas veidā. Par piemēru var kalpot dažādas vielas: vienkāršākie metālu un nemetālu vielu elementi, neorganiskie un organiskie savienojumi. Taču praktiski visnozīmīgākā ir degviela (degviela), starp kurām ir naftas, gāzu, ogļu, kūdras uc dabas rezerves. Visbiežāk tās veidojas no sarežģīta ogļūdeņražu maisījuma ar nelielu skābekļa, sēra, slāpekli saturoši organiskie savienojumi, kā arī citu elementu ieslēgumi.
Bioloģiskā oksidācija
Bioloģijā oksidācijas reakcijas ir procesi, kas kopā tuvojas reakcijā iesaistīto atomu oksidācijas stāvokļa izmaiņām, un tas notiek elektroniskā sadalījuma dēļ starp mijiedarbībā esošajiem komponentiem.
Pirmais pieņēmums ir tāds, ka visos dzīvajos organismos vissarežģītākās ķīmiskās vielas. reakcija, tika izvirzīts astoņpadsmitajāgadsimtā. Franču ķīmiķis A. Lavuazjē pētīja problēmu. Viņš vērsa uzmanību uz to, ka sadegšanas un oksidēšanās gaita bioloģijā ir līdzīga viena otrai.
Zinātnieki ir veikuši pētījumu par skābekļa ceļu, ko dzīvā būtne absorbēja elpošanas dēļ. Viņi ziņoja, ka šie oksidācijas procesi ir līdzīgi procesi, kas notiek dažādos ātrumos. Viņš vērsa uzmanību uz sadalīšanās procesu, kura pamatā, kā izrādījās, ir skābekļa molekulas (oksidētāja) mijiedarbības fenomens ar organisku vielu, kas ietver oglekļa un/vai ūdeņraža atomus. Sadalīšanās rezultātā notiek absolūta matērijas transformācija.
Bija procesa brīži, kurus zinātnieki nevarēja pilnībā saprast, tostarp jautājumi:
- Kādēļ oksidācija tiek veikta zemas ķermeņa temperatūras apstākļos, neskatoties uz tās klātbūtni ārpus ķermeņa, tikai augstā temperatūrā.
- Kādēļ oksidācijas reakcijas ir parādības, kuras nepavada liesmas izdalīšanās, kā arī milzīga izdalītās enerģijas izdalīšanās.
- Kā notiek barības vielu klāsta "sadedzināšana" organismā, ja to 80% (aptuveni) veido šķidrums - ūdens H2O.
Bioloģiskās oksidācijas veidi
Atbilstoši vides apstākļiem, kurā notiek oksidēšanās, to iedala divos veidos. Lielākā daļa sēņu un mikroorganismu iegūst enerģijas resursus, pārveidojot barības vielas anaerobā procesā. Šī reakcijanotiek bez piekļuves molekulārajam skābeklim, un to sauc arī par glikolīzi.
Sarežģītāks barības vielu pārveidošanas veids ir bioloģiskās oksidācijas aerobā forma vai audu elpošana. Skābekļa trūkuma dēļ šūnas nespēj oksidēties, lai iegūtu enerģiju, un tās iet bojā.
Enerģijas iegūšana no dzīva organisma
Bioloģijā oksidācija ir daudzkomponentu parādība:
- Glikolīze ir heterotrofo organismu sākuma stadija, kuras laikā monosaharīdi tiek šķelti bez skābekļa, un tā notiek pirms šūnu elpošanas procesa sākuma.
- Pirovāta oksidēšana – pirovīnskābes pārvēršana acetilkoenzīmā. Šīs reakcijas ir iespējamas tikai ar piruvāta dehidrogenāzes enzīmu kompleksu piedalīšanos.
- Beta taukskābju sadalīšanās process ir parādība, kas notiek paralēli piruvāta oksidēšanai, kuras mērķis ir katras taukskābes pārstrāde acetilkoenzīmā. Turklāt šī viela tiek piegādāta trikarbonskābes ciklam.
- Krebsa cikls - acetilkoenzīma pārvēršana citronskābēs un turpmāka pakļaušana sekojošai transformācijai (dehidrogenēšanas, dekarboksilēšanas un reģenerācijas parādības).
- Oksidatīvā fosforilēšana ir pēdējais solis transformācijā, kurā eikariotu organisms pārvērš adenozīna difosfātu par adenozīna trifosforskābi.
No tā izriet, ka oksidēšana ir process, kas ietver:
- fenomensūdeņraža noņemšana no substrāta, kas tiek oksidēts (dehidrogenēts);
- substrāta elektronu atsitiena parādība;
- skābekļa molekulas pievienošanas parādība substrātam.
Reakcija pret metāliem
Metāla oksidēšana ir reakcija, kuras laikā metālu grupas elementam un O2 mijiedarbojoties, veidojas oksīdi (oksīdi).
Plašā nozīmē reakcija, kurā atoms zaudē elektronu un rada dažādus savienojumus, piemēram, hlorīdu, sulfīdu uc vielas. Dabiskā stāvoklī metāli visbiežāk var būt tikai pilnībā oksidēti. stāvoklis (rūdas veidā). Šī iemesla dēļ oksidācijas process tiek parādīts kā dažādu savienojuma sastāvdaļu reducēšanās reakcija. Praktiski izmantotās metālu un to sakausējumu vielas, mijiedarbojoties ar vidi, pakāpeniski oksidējas - tās tiek pakļautas korozijai. Metālu oksidācijas procesi notiek termodinamisko un kinētisko faktoru ietekmē.
Valence un oksidācija
Oksidācijas stāvoklis ir valence. Tomēr starp tām ir zināma atšķirība. Fakts ir tāds, ka ķīmiskās vielas valence. elements cilvēks nosaka atoma spēju izveidot noteiktu skaitu ķīmisko saišu ar cita veida atomiem. Tas ir saistīts ar dažādu atomu veidu klātbūtni, attiecīgi, atšķirīgu spēju izveidot attiecības. Tomēr valence var būt tikai kovalentā savienojumā un veidojas, veidojot kopīgu elektronu pāri starp atomiem. GrādsOksidācija, atšķirībā no valences, ir nosacītā lādiņa pakāpe, kas piemīt vielas atomam. Tas var būt pozitīvs "+", nulle "0" un negatīvs "-". Turklāt oksidācijas stāvoklis liecina, ka visas saites vielā ir jonu.
Reakcija virs ūdens
Pirms vairāk nekā diviem miljardiem gadu augu organismi spēra vienu no svarīgākajiem soļiem ceļā uz evolūcijas sākumu. Sāka veidoties fotosintēzes process. Tomēr sākotnēji fotooksidācijai tika pakļautas tikai sērūdeņraža tipa reducētās vielas, kuras uz zemes bija ārkārtīgi mazos izmēros. Ūdens oksidēšana ir process, kas atmosfērā ievadīja ievērojamu daudzumu molekulārā skābekļa. Tas ļāva bioenerģētiskajiem procesiem pāriet jaunā aerobā līmenī. Tā pati parādība ļāva izveidoties ozona vairogam, kas aizsargā dzīvību uz Zemes.
