Šiame straipsnyje aptarsime oksidacijos reiškinį. Tai daugiakomponentė sąvoka, kuri atsiranda įvairiose mokslo srityse, tokiose kaip biologija ir chemija. Taip pat susipažinsime su šio proceso įvairove ir esme.
Įvadas
Iš esmės ir pradiniu požiūriu oksidacija yra cheminio pobūdžio procesas, kurį lydi medžiagos, kurioje vyksta, atominės oksidacijos laipsnio padidėjimas. Šis reiškinys atsiranda dėl elektronų perdavimo iš vieno atomo (reduktorius ir donoras) į antrąjį (akceptorius ir oksidatorius).
Šis terminų vienetas į chemijos apyvartą buvo įtrauktas XIX amžiaus pradžioje, o akademikas V. M. Severgin sukurti pavadinimą, nurodantį medžiagų sąveiką su deguonimi iš atmosferos oro.
Kai kuriais atvejais molekulės oksidaciją lydi medžiagos struktūros nestabilumas, todėl ji suyra į didesnio stabilumo ir mažo dydžio molekules. Faktas yra tas, kad šį procesą galima pakartoti keliais skirtingais šlifavimo lygiais. Tai yra, susidariusi mažesnė dalelė taip pat galituri didesnį oksidacijos laipsnį nei atominės dalelės, kurios buvo pradinės toje pačioje medžiagoje, bet didesnės ir stabilesnės.
Chemijoje yra žemiausio ir aukščiausio oksidacijos laipsnio sąvoka. Tai leidžia mums klasifikuoti atomus pagal jų gebėjimą parodyti šią savybę. Aukščiausia oksidacijos būsena atitinka grupės, kurioje yra elementas, skaičių. Žemiausias laipsnis, kaip taisyklė, nustatomas pagal lyginio ir nelyginio skaičiaus atitiktį: didžiausias 8=mažiausias 2, didžiausias 7=mažiausias 1.
Degimas
Degimas yra oksidacijos procesas. Atmosferos ore (taip pat ir gryno deguonies aplinkoje) jie gali oksiduotis degimo būdu. Pavyzdžiu gali būti įvairios medžiagos: paprasčiausi metalų ir nemetalų medžiagų elementai, neorganiniai ir organiniai junginiai. Tačiau praktiškai reikšmingiausia yra degioji medžiaga (kuras), tarp kurių yra gamtinės naftos, dujų, anglies, durpių ir kt. atsargos. Dažniausiai jie susidaro iš sudėtingo angliavandenilių mišinio su nedidele deguonies, sieros dalimi, azoto turinčių organinių junginių, taip pat kitų elementų pėdsakų.
Biologinė oksidacija
Biologijoje oksidacijos reakcijos yra procesai, kurie kartu suartėja į reakcijoje dalyvaujančių atomų oksidacijos būsenos pasikeitimą, ir tai atsitinka dėl elektroninio pasiskirstymo tarp sąveikaujančių komponentų.
Pirmoji prielaida yra ta, kad visuose gyvuose organizmuose sudėtingiausia chem. reakcija, buvo pateikta aštuonioliktameamžiaus. Prancūzų chemikas A. Lavoisier ištyrė problemą. Jis atkreipė dėmesį į tai, kad degimo ir oksidacijos eiga biologijoje yra panašios.
Mokslininkai ištyrė deguonies kelią, kurį gyva būtybė pasisavino kvėpuodama. Jie pranešė, kad šie oksidacijos procesai yra panašūs procesai, vykstantys skirtingu greičiu. Jis atkreipė dėmesį į skilimo procesą, kuris, kaip paaiškėjo, pagrįstas deguonies molekulės (oksidatoriaus) sąveikos su organine medžiaga, apimančia anglies ir (arba) vandenilio atomus, reiškiniu. Dėl skilimo įvyksta absoliuti materijos transformacija.
Buvo proceso momentų, kurių mokslininkai negalėjo iki galo suprasti, įskaitant klausimus:
- Kodėl oksidacija atliekama esant žemai kūno temperatūrai, nepaisant jos buvimo už kūno ribų, tik esant aukštai temperatūrai.
- Kodėl oksidacijos reakcijos yra reiškiniai, kurie nėra lydimi liepsnos išsiskyrimo, taip pat didžiulis išsiskiriančios energijos išsiskyrimas.
- Kaip vyksta maistinių medžiagų asortimento „deginimas“organizme, jei jo 80% (apytiksliai) sudaro skystis – vanduo H2O.
Biologinės oksidacijos tipai
Pagal aplinkos, kurioje vyksta oksidacija, sąlygas, ji skirstoma į du tipus. Dauguma grybų ir mikroorganizmų energijos išteklius gauna konvertuodami maistines medžiagas per anaerobinį procesą. Ši reakcijaįvyksta nepasiekus molekulinio deguonies ir dar vadinama glikolize.
Sudėtingesnis maistinių medžiagų konvertavimo būdas yra aerobinė biologinės oksidacijos forma arba audinių kvėpavimas. Dėl deguonies trūkumo ląstelės negali oksiduotis, kad gautų energijos, ir jos miršta.
Energijos gavimas iš gyvo organizmo
Biologijoje oksidacija yra daugiakomponentis reiškinys:
- Glikolizė yra pradinė heterotrofinių organizmų stadija, kurios metu monosacharidai suskaidomi be deguonies ir vyksta prieš ląstelių kvėpavimo proceso pradžią.
- Piruvato oksidacija – piruvo rūgščių pavertimas acetilkofermentu. Šios reakcijos įmanomos tik dalyvaujant piruvato dehidrogenazės fermentų kompleksams.
- Beta riebalų rūgščių skilimo procesas yra reiškinys, vykstantis lygiagrečiai su piruvato oksidacija, kurio tikslas – kiekvieną riebalų rūgštį paversti acetilkofermentu. Be to, ši medžiaga tiekiama į trikarboksirūgšties ciklą.
- Krebso ciklas – acetilkofermento pavertimas citrinų rūgštimis ir tolesnis transformacijos poveikis (dehidrogenavimo, dekarboksilinimo ir regeneracijos reiškiniai).
- Oksidacinis fosforilinimas yra paskutinis transformacijos etapas, kurio metu eukariotinis organizmas adenozino difosfatą paverčia adenozino trifosforo rūgštimis.
Iš to išplaukia, kad oksidacija yra procesas, apimantis:
- reiškinysvandenilio pašalinimas iš substrato, kuris oksiduojasi (dehidrinamas);
- substrato elektronų atatrankos reiškinys;
- deguonies molekulės pridėjimo prie substrato reiškinys.
Reakcija prieš metalus
Metalo oksidacija – tai reakcija, kurios metu, sąveikaujant elementui iš metalų grupės ir O2, susidaro oksidai (oksidai).
Plačiąja prasme – reakcija, kurios metu atomas praranda elektroną ir sukuria įvairius junginius, pavyzdžiui, chloridų, sulfidų ir tt medžiagas. Natūralioje būsenoje metalai dažniausiai gali būti tik visiškai oksiduoti. būsena (rūdos pavidalu). Būtent dėl šios priežasties oksidacijos procesas pristatomas kaip įvairių junginio komponentų redukcijos reakcija. Praktiškai naudojamos metalų ir jų lydinių medžiagos, sąveikaudamos su aplinka, palaipsniui oksiduojasi – patiria koroziją. Metalų oksidacijos procesai vyksta dėl termodinaminių ir kinetinių veiksnių.
Valencija ir oksidacija
Oksidacijos būsena yra valentingumas. Tačiau tarp jų yra tam tikras skirtumas. Faktas yra tas, kad chem. elementas žmogus lemia atomo gebėjimą užmegzti tam tikrą skaičių cheminių ryšių su kitų tipų atomais. Taip yra dėl to, kad yra skirtingų tipų atomų, atitinkamai dėl skirtingo gebėjimo sukurti santykius. Tačiau valentingumas gali būti tik kovalentiniame junginyje ir susidaro dėl to, kad tarp atomų susidaro bendra elektronų pora. LaipsnisOksidacija, priešingai nei valentingumas, yra sąlyginio krūvio, kurį turi medžiagos atomas, laipsnis. Tai gali būti teigiamas „+“, nulis „0“ir neigiamas „-“. Be to, oksidacijos būsena rodo, kad visos medžiagos jungtys yra joninės.
Reakcija virš vandens
Prieš daugiau nei du milijardus metų augalų organizmai žengė vieną iš svarbiausių žingsnių evoliucijos pradžioje. Fotosintezės procesas pradėjo formuotis. Tačiau iš pradžių fotooksidacija buvo atliekama tik redukuotos vandenilio sulfido tipo medžiagos, kurių žemėje buvo labai mažai. Vandens oksidacija yra procesas, kurio metu į atmosferą patenka didelis kiekis molekulinio deguonies. Tai leido bioenergetiniams procesams pereiti į naują aerobinį lygmenį. Tas pats reiškinys leido susiformuoti ozono skydui, saugančiam gyvybę Žemėje.
