Ebben a cikkben az oxidáció jelenségével fogunk foglalkozni. Ez egy többkomponensű fogalom, amely a tudomány különböző területein jelenik meg, például a biológiában és a kémiában. Megismerkedünk ennek a folyamatnak a változatosságával és lényegével is.
Bevezetés
Alapvetően és eredeti szempontból az oxidáció egy kémiai természetű folyamat, amely a rajta átesett anyag atomi oxidációs fokának növekedésével jár együtt. Ez a jelenség az egyik atomról (redukáló és donor) a másikra (akceptor és oxidáló) elektronok átvitele miatt következik be.
Ez a terminológiai egység a 19. század elején került be a kémia vérkeringésébe, és V. M. akadémikus. Severgin olyan jelölés létrehozására, amely az anyagok és a légköri levegő oxigénjének kölcsönhatását jelzi.
Egyes esetekben egy molekula oxidációja az anyag szerkezetének instabilitásával jár együtt, és az anyag nagyobb stabilitású és kis méretű molekulákká bomlásához vezet. Az a tény, hogy ez a folyamat több különböző csiszolási szinten megismételhető. Vagyis a keletkezett kisebb részecske is képesmagasabb oxidációs fokúak, mint az eredeti atomi részecskék ugyanabban az anyagban, de nagyobbak és stabilabbak.
A kémiában létezik a legalacsonyabb és legmagasabb oxidációs fok fogalma. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy osztályozzuk az atomokat aszerint, hogy mennyire képesek ezt a tulajdonságot mutatni. A legmagasabb oxidációs állapot annak a csoportnak a számának felel meg, amelyben az elem található. A legalacsonyabb fokozatot általában egy páros és egy páratlan szám megfeleltetése határozza meg: a legmagasabb 8=a legalacsonyabb 2, a legmagasabb 7=a legalacsonyabb 1.
Égés
Az égés egy oxidációs folyamat. A légköri levegőben (valamint a tiszta oxigén környezetében) égés formájában oxidálódhatnak. Különféle anyagok szolgálhatnak példaként: fémek és nemfémek anyagainak legegyszerűbb elemei, szervetlen és szerves vegyületek. Gyakorlatilag azonban a legjelentősebb az éghető anyag (tüzelőanyag), amelyek között megtalálhatók a kőolaj, gázok, szén, tőzeg stb. természeti készletei. Leggyakrabban szénhidrogének összetett keverékéből jönnek létre kis mennyiségű oxigénnel, kénnel, nitrogéntartalmú szerves vegyületek, valamint egyéb elemek nyomokban előforduló zárványai.
Biológiai oxidáció
A biológiában az oxidációs reakciók olyan folyamatok, amelyek együttesen konvergálnak a reakcióban részt vevő atomok oxidációs állapotának megváltozásához, és ez a kölcsönhatásban lévő komponensek közötti elektronikus eloszlás miatt következik be.
Az első feltevés az, hogy minden élő szervezetben a legösszetettebb kém. reakciót terjesztették elő a tizennyolcadikbanszázad. A. Lavoisier francia kémikus tanulmányozta a problémát. Felhívta a figyelmet arra, hogy az égés és az oxidáció lefolyása a biológiában hasonló egymáshoz.
A tudósok tanulmányozták az oxigén útját, amelyet egy élőlény légzése révén szív fel. Beszámoltak arról, hogy ezek az oxidációs folyamatok hasonló folyamatok, amelyek különböző sebességgel mennek végbe. Felhívta a figyelmet a bomlási folyamatra, amely, mint kiderült, egy oxigénmolekula (oxidálószer) és egy szén- és/vagy hidrogénatomot tartalmazó szerves anyag kölcsönhatásának jelenségén alapul. A bomlás eredményeként az anyag abszolút átalakulása megy végbe.
A folyamatnak voltak olyan pillanatai, amelyeket a tudósok nem tudtak teljesen megérteni, beleértve a kérdéseket is:
- Miért történik az oxidáció alacsony testhőmérséklet mellett, annak ellenére, hogy a testen kívül van, csak magas hőmérsékleten.
- Miért az oxidációs reakciók olyan jelenségek, amelyeket nem kísér láng felszabadulása, valamint hatalmas felszabaduló energia.
- Hogyan "éget" el a szervezetben a tápanyag-környezet, ha az 80%-ban (körülbelül) folyadékból - vízből áll H2O.
A biológiai oxidáció típusai
A környezet körülményei szerint, amelyben az oxidáció előfordul, két típusra osztható. A legtöbb gomba és mikroorganizmus a tápanyagok anaerob folyamaton keresztül történő átalakításával jut energiaforrásokhoz. Ez a reakciómolekuláris oxigénhez való hozzáférés nélkül fordul elő, és glikolízisnek is nevezik.
A tápanyagok átalakításának egy összetettebb módja a biológiai oxidáció vagy a szöveti légzés aerob formája. Az oxigénhiány miatt a sejtek nem oxidálnak energiát, és elhalnak.
Energia beszerzése élő szervezetből
A biológiában az oxidáció többkomponensű jelenség:
- A glikolízis a heterotróf organizmusok kezdeti szakasza, melynek során a monoszacharidok oxigén nélkül hasadnak, és megelőzi a sejtlégzés folyamatának beindulását.
- Piruvát oxidáció – piroszőlősavak acetilkoenzimmé alakítása. Ezek a reakciók csak piruvát-dehidrogenáz enzimkomplexek részvételével lehetségesek.
- A béta-zsírsavak bomlási folyamata a piruvát oxidációjával párhuzamosan zajló jelenség, melynek célja az egyes zsírsavak acetilkoenzimmé történő feldolgozása. Továbbá ez az anyag a trikarbonsav körfolyamatba kerül.
- Krebs-ciklus – az acetil-koenzim citromsavvá történő átalakulása, majd további átalakulás (dehidrogénezés, dekarboxilezés és regeneráció jelenségei).
- Az oxidatív foszforiláció annak az átalakulásnak az utolsó lépése, amelyben egy eukarióta szervezet adenozin-difoszfátot adenozin-trifoszforsavvá alakít.
Ebből az következik, hogy az oxidáció egy olyan folyamat, amelyben:
- jelenséga hidrogén eltávolítása az aljzatról, amely oxidáción (dehidrogénezésen) megy keresztül;
- szubsztrát elektronok visszarúgásának jelensége;
- az oxigénmolekula szubsztráthoz való hozzáadásának jelensége.
Reakció fémek felett
A fém oxidációja olyan reakció, amely során a fémek csoportjába tartozó elem és az O2 kölcsönhatása révén oxidok (oxidok) keletkeznek.
Tágabb értelemben olyan reakció, amelyben az atom elveszít egy elektront, és különféle vegyületeket hoz létre, például kloridokat, szulfidokat stb. Természetes állapotban a fémek legtöbbször csak teljesen oxidált állapotban lehetnek. állapot (érc formájában). Ez az oka annak, hogy az oxidációs folyamatot a vegyület különböző komponenseinek redukciós reakciójaként mutatják be. A fémek és ötvözeteik gyakorlatilag használt anyagai a környezettel való kölcsönhatás során fokozatosan oxidálódnak - korrózión mennek keresztül. A fémoxidációs folyamatok termodinamikai és kinetikai tényezők hatására következnek be.
Vegyérték és oxidáció
Az oxidációs állapot a vegyérték. Van azonban köztük némi különbség. A tény az, hogy a chem. Az ember elem határozza meg egy atom azon képességét, hogy bizonyos számú kémiai kötést hozzon létre más típusú atomokkal. Ennek oka a különböző típusú atomok jelenléte, illetve az eltérő kapcsolatteremtő képesség. A vegyérték azonban csak kovalens vegyületben lehet, és az atomok közötti közös elektronpár létrehozása miatt jön létre. FokozatAz oxidáció, ellentétben a vegyértékkel, a feltételes töltés mértéke, amellyel egy anyag atomja rendelkezik. Lehet pozitív "+", nulla "0" és negatív "-". Ezenkívül az oxidációs állapot azt sugallja, hogy az anyagban lévő összes kötés ionos.
Víz feletti reakció
Több mint kétmilliárd évvel ezelőtt a növényi szervezetek megtették az egyik legfontosabb lépést az evolúció kezdete felé. A fotoszintézis folyamata kezdett kialakulni. Kezdetben azonban csak a hidrogén-szulfid típusú redukált anyagokat vetették alá fotooxidációnak, amelyek rendkívül kis méretben voltak jelen a Földön. A víz oxidációja olyan folyamat, amely során jelentős mennyiségű molekuláris oxigén kerül a légkörbe. Ez lehetővé tette, hogy a bioenergetikai folyamatok egy új aerob szintre lépjenek. Ugyanez a jelenség tette lehetővé a földi életet védő ózonpajzs kialakulását.
