V tem članku bomo obravnavali pojav oksidacije. To je večkomponentni koncept, ki se pojavlja na različnih področjih znanosti, kot sta biologija in kemija. Seznanili se bomo tudi z raznolikostjo tega procesa in njegovim bistvom.
Uvod
Iz osnovnega in izvirnega vidika je oksidacija proces kemične narave, ki ga spremlja povečanje stopnje atomske oksidacije snovi, ki je podvržena. Ta pojav nastane zaradi prenosa elektronov iz enega atoma (reducent in donor) na drugega (akceptor in oksidant).
Ta terminološka enota je bila uvedena v obtok kemije v začetku 19. stoletja, akademik V. M. Severgin, da ustvari oznako, ki označuje interakcijo snovi s kisikom iz atmosferskega zraka.
V nekaterih primerih oksidacijo molekule spremlja ustvarjanje nestabilnosti v strukturi snovi in vodi do njenega razpada na molekule z večjo stabilnostjo in majhnimi velikostmi. Dejstvo je, da se ta postopek lahko ponovi na več različnih stopnjah mletja. To pomeni, da lahko tudi nastali manjši delecimajo višjo stopnjo oksidacije kot atomski delci, ki so bili prvotni v isti snovi, vendar večji in stabilnejši.
V kemiji obstaja koncept najnižje in najvišje stopnje oksidacije. To nam omogoča, da atome razvrstimo glede na njihovo sposobnost, da pokažejo to lastnost. Najvišje oksidacijsko stanje ustreza številki skupine, v kateri se nahaja element. Najnižja stopnja je praviloma določena s korespondenco parnega in lihega števila: najvišja 8=najnižja 2, najvišja 7=najnižja 1.
Izgorevanje
Izgorevanje je oksidacijski proces. V atmosferskem zraku (pa tudi v okolju čistega kisika) se lahko oksidirajo v obliki zgorevanja. Kot primer lahko služijo različne snovi: najpreprostejši elementi kovinskih in nekovin, anorganskih in organskih spojin. Vendar pa je praktično najbolj pomembna gorljiva snov (gorivo), med katerimi so naravne zaloge nafte, plinov, premoga, šote itd. Najpogosteje nastanejo iz kompleksne mešanice ogljikovodikov z majhnim deležem kisika, žvepla, organske spojine, ki vsebujejo dušik, kot tudi vključki v sledovih drugih elementov.
Biološka oksidacija
V biologiji so oksidacijske reakcije procesi, ki skupaj konvergirajo v spremembo oksidacijskega stanja atomov, vključenih v reakcijo, in to se zgodi zaradi elektronske porazdelitve med medsebojno delujočimi komponentami.
Prva predpostavka je, da je v vseh živih organizmih najbolj zapletena kem. reakcijo, je bil predstavljen v osemnajstemstoletja. Francoski kemik A. Lavoisier je preučeval problem. Opozoril je na dejstvo, da sta si potek gorenja in oksidacije v biologiji podobna.
Znanstveniki so naredili študijo o poti kisika, ki ga je zaradi dihanja absorbiralo živo bitje. Poročali so, da so ti oksidacijski procesi podobni procesi, ki se pojavljajo z različnimi hitrostmi. Opozoril je na proces razgradnje, ki, kot se je izkazalo, temelji na pojavu interakcije molekule kisika (oksidanta) z organsko snovjo, ki vključuje ogljikove in/ali vodikove atome. Zaradi razgradnje pride do absolutne preobrazbe snovi.
Bili so trenutki procesa, ki jih znanstveniki niso mogli popolnoma razumeti, vključno z vprašanji:
- Zakaj se oksidacija izvaja v pogojih nizke telesne temperature, kljub njeni prisotnosti zunaj telesa, le pri visoki temperaturi.
- Zakaj so oksidacijske reakcije pojavi, ki jih ne spremlja sproščanje plamena, pa tudi velika sproščanja sproščene energije.
- Kako poteka "kurjenje" palete hranilnih snovi v telesu, če je 80% (približno) sestavljeno iz tekočine - vode H2O.
Vrste biološke oksidacije
Glede na pogoje okolja, v katerem poteka oksidacija, se deli na dve vrsti. Večina gliv in mikroorganizmov pridobiva vire energije s pretvorbo hranil z anaerobnim procesom. Ta reakcijase pojavi brez dostopa do molekularnega kisika in se imenuje tudi glikoliza.
Bolj zapleten način pretvorbe hranil je aerobna oblika biološke oksidacije ali tkivnega dihanja. Pomanjkanje kisika povzroči, da celice ne oksidirajo za pridobivanje energije in umrejo.
Pridobivanje energije z živim organizmom
V biologiji je oksidacija večkomponentni pojav:
- Glikoliza je začetna faza heterotrofnih organizmov, med katero se monosaharidi cepijo brez kisika, in je pred začetkom procesa celičnega dihanja.
- Oksidacija piruvata - pretvorba piruvične kisline v acetilkoencim. Te reakcije so možne samo s sodelovanjem encimskih kompleksov piruvat dehidrogenaze.
- Proces razgradnje beta-maščobnih kislin je pojav, ki poteka vzporedno z oksidacijo piruvata, katerega namen je predelava vsake maščobne kisline v acetilkoencim. Nadalje se ta snov dobavlja v cikel trikarboksilne kisline.
- Krebsov cikel - pretvorba acetilkoencima v citronsko kislino in nadaljnja izpostavljenost kasnejši transformaciji (pojavi dehidrogenacije, dekarboksilacije in regeneracije).
- Oksidativna fosforilacija je zadnji korak v transformaciji, v kateri evkariontski organizem pretvori adenozin difosfat v adenozin trifosforne kisline.
Iz tega sledi, da je oksidacija proces, ki vključuje:
- fenomenodstranitev vodika iz substrata, ki je podvržen oksidaciji (dehidrogenaciji);
- pojav odboja elektronov substrata;
- pojav dodajanja molekule kisika substratu.
Reakcija zaradi kovin
Oksidacija kovine je reakcija, med katero z interakcijo elementa iz skupine kovin in O2 nastanejo oksidi (oksidi).
V širšem smislu je reakcija, pri kateri atom izgubi elektron in ustvari različne spojine, na primer snovi kloridov, sulfidov itd. V naravnem stanju so kovine največkrat lahko le v popolnoma oksidiranem stanju. stanje (v obliki rude). Zaradi tega je oksidacijski proces predstavljen kot redukcijska reakcija različnih sestavin spojine. Praktično uporabljene snovi kovin in njihovih zlitin pri interakciji z okoljem postopoma oksidirajo - podvržejo se koroziji. Procesi oksidacije kovin nastanejo zaradi termodinamičnih in kinetičnih dejavnikov.
Valenca in oksidacija
Oksidacijsko stanje je valenca. Vendar pa je med njima nekaj razlike. Dejstvo je, da je valenca kem. element človek določa sposobnost atoma, da vzpostavi določeno število kemičnih vezi z drugimi vrstami atomov. To je posledica prisotnosti različnih vrst atomov, oziroma različne sposobnosti ustvarjanja odnosa. Vendar je valenca lahko le v kovalentni spojini in nastane zaradi ustvarjanja skupnega elektronskega para med atomi. Stopnjaoksidacija je v nasprotju z valenco stopnja pogojnega naboja, ki ga ima atom snovi. Lahko je pozitiven "+", nič "0" in negativen "-". Prav tako oksidacijsko stanje nakazuje, da so vse vezi v snovi ionske.
Reakcija nad vodo
Pred več kot dvema milijardama lete so rastlinski organizmi naredili enega najpomembnejših korakov proti začetku evolucije. Začel se je oblikovati proces fotosinteze. Vendar so bile sprva fotooksidaciji podvržene le reducirane snovi tipa vodikov sulfid, ki so bile na zemlji prisotne v izjemno majhnih velikostih. Oksidacija vode je proces, ki v ozračje vnese znatno količino molekularnega kisika. To je omogočilo, da se bioenergetski procesi premaknejo na novo aerobno raven. Isti pojav je omogočil nastanek ozonskega ščita, ki ščiti življenje na Zemlji.
