V tomto článku se budeme zabývat fenoménem oxidace. Jedná se o vícesložkový koncept, který se objevuje v různých oblastech vědy, jako je biologie a chemie. Seznámíme se také s rozmanitostí tohoto procesu a jeho podstatou.
Úvod
Oxidace je ze základního a původního hlediska proces chemické povahy, který je doprovázen zvýšením stupně atomární oxidace látky, která jí prochází. K tomuto jevu dochází v důsledku přenosu elektronů z jednoho atomu (redukční činidlo a donor) na druhý (akceptor a okysličovadlo).
Tato terminologická jednotka byla uvedena do oběhu chemie na počátku 19. století a akademik V. M. Severgin vytvořit označení označující interakci látek s kyslíkem z atmosférického vzduchu.
V některých případech je oxidace molekuly doprovázena vytvořením nestability ve struktuře látky a vede k jejímu rozpadu na molekuly s větší stabilitou a malými rozměry. Faktem je, že tento proces lze opakovat na několika různých úrovních mletí. To znamená, že menší částice mohou takémají vyšší stupeň oxidace než atomové částice, které byly původní ve stejné látce, ale jsou větší a stabilnější.
V chemii existuje koncept nejnižšího a nejvyššího stupně oxidace. To nám umožňuje klasifikovat atomy podle jejich schopnosti vykazovat tuto vlastnost. Nejvyšší oxidační stav odpovídá číslu skupiny, ve které se prvek nachází. Nejnižší stupeň je zpravidla určen shodou sudého a lichého čísla: nejvyšší 8=nejnižší 2, nejvyšší 7=nejnižší 1.
Spalování
Spalování je oxidační proces. V atmosférickém vzduchu (stejně jako v prostředí čistého kyslíku) mohou být oxidovány ve formě spalování. Jako příklad mohou sloužit různé látky: nejjednodušší prvky látek kovů a nekovů, anorganické a organické sloučeniny. Prakticky nejvýznamnější je však hořlavá látka (palivo), mezi něž patří přírodní zásoby ropy, plynů, uhlí, rašeliny apod. Nejčastěji vznikají ze složité směsi uhlovodíků s malým podílem kyslíku, síry, organické sloučeniny obsahující dusík a také stopové inkluze jiných prvků.
Biologická oxidace
V biologii jsou oxidační reakce procesy, které společně konvergují ke změně oxidačního stavu atomů zapojených do reakce, a to se děje díky elektronické distribuci mezi interagujícími složkami.
Prvním předpokladem je, že ve všech živých organismech nejsložitější chem. reakce, byla předložena v 18století. Problémem se zabýval francouzský chemik A. Lavoisier. Upozornil na skutečnost, že průběh spalování a oxidace v biologii jsou si navzájem podobné.
Vědci provedli studii dráhy kyslíku, který byl absorbován živou bytostí v důsledku dýchání. Uvedli, že tyto oxidační procesy jsou podobné procesy probíhající různými rychlostmi. Upozornil na proces rozkladu, který, jak se ukázalo, je založen na jevu interakce molekuly kyslíku (oxidačního činidla) s organickou látkou, která obsahuje atomy uhlíku a/nebo vodíku. V důsledku rozkladu dochází k absolutní přeměně hmoty.
Byly tam momenty procesu, kterým vědci nemohli plně porozumět, včetně otázek:
- Z jakého důvodu se oxidace provádí za podmínek nízké tělesné teploty, navzdory její přítomnosti mimo tělo, pouze při vysoké teplotě.
- Z jakého důvodu jsou oxidační reakce jevy, které nejsou doprovázeny uvolněním plamene, stejně jako obrovským uvolněním uvolněné energie.
- Jak probíhá „spalování“nutriční řady látek v těle, pokud je z 80 % (přibližně) složeno z kapaliny – vody H2O.
Typy biologické oxidace
Podle podmínek prostředí, ve kterém k oxidaci dochází, se dělí na dva typy. Většina hub a mikroorganismů získává energetické zdroje přeměnou živin prostřednictvím anaerobního procesu. Tato reakceprobíhá bez přístupu k molekulárnímu kyslíku a nazývá se také glykolýza.
Složitějším způsobem přeměny živin je aerobní forma biologické oxidace neboli tkáňové dýchání. Nedostatek kyslíku způsobuje, že buňky selhávají při oxidaci na energii a umírají.
Získávání energie živým organismem
V biologii je oxidace vícesložkový jev:
- Glykolýza je počáteční stádium heterotrofních organismů, při kterém dochází ke štěpení monosacharidů bez kyslíku a předchází zahájení procesu buněčného dýchání.
- Oxidace pyruvátu - přeměna kyseliny pyrohroznové na acetylkoenzym. Tyto reakce jsou možné pouze za účasti enzymových komplexů pyruvátdehydrogenázy.
- Proces rozkladu beta-mastných kyselin je jev probíhající souběžně s oxidací pyruvátu, jejímž účelem je zpracování každé mastné kyseliny na acetylkoenzym. Dále je tato látka dodávána do cyklu trikarboxylových kyselin.
- Krebsův cyklus - přeměna acetylkoenzymu na kyseliny citrónové a další vystavení následné transformaci (fenomén dehydrogenace, dekarboxylace a regenerace).
- Oxidativní fosforylace je posledním krokem v transformaci, při které eukaryotický organismus převádí adenosindifosfát na kyseliny adenosintrifosforečné.
Z toho plyne, že oxidace je proces zahrnující:
- fenoménodstranění vodíku ze substrátu, který podléhá oxidaci (dehydrogenaci);
- fenomén zpětného rázu substrátových elektronů;
- fenomén adice molekuly kyslíku k substrátu.
Reakce na kovy
Oxidace kovu je reakce, při které interakcí prvku ze skupiny kovů a O2 vznikají oxidy (oxidy).
V širokém slova smyslu reakce, při které atom ztrácí elektron a vytváří různé sloučeniny, např. látky chloridů, sulfidů apod. V přírodním stavu mohou být kovy nejčastěji pouze ve zcela oxidovaném stavu. stavu (ve formě rudy). Z tohoto důvodu je oxidační proces prezentován jako redukční reakce různých složek sloučeniny. Prakticky používané látky kovů a jejich slitin při interakci s prostředím postupně oxidují - podléhají korozi. K oxidačním procesům kovů dochází v důsledku termodynamických a kinetických faktorů.
Valence a oxidace
Oxidační stav je valence. Je mezi nimi však určitý rozdíl. Faktem je, že valence chem. prvek člověk určuje schopnost atomu vytvořit určitý počet chemických vazeb s jinými typy atomů. Je to dáno přítomností různých typů atomů, respektive rozdílnou schopností vytvářet vztah. Valence však může být pouze v kovalentní sloučenině a vzniká v důsledku vytvoření společného elektronového páru mezi atomy. Stupeňoxidace, na rozdíl od valence, je stupeň podmíněného náboje, který atom látky má. Může být kladné „+“, nula „0“a záporné „-“. Oxidační stav také naznačuje, že všechny vazby v látce jsou iontové.
Reakce nad vodou
Před více než dvěma miliardami let podnikly rostlinné organismy jeden z nejdůležitějších kroků k začátku evoluce. Začal se formovat proces fotosyntézy. Fotooxidaci však byly zpočátku podrobeny pouze redukované látky sirovodíkového typu, které se na Zemi nacházely v extrémně malých velikostech. Oxidace vody je proces, který vnáší do atmosféry značné množství molekulárního kyslíku. To umožnilo bioenergetickým procesům přejít na novou aerobní úroveň. Stejný jev umožnil vytvoření ozónového štítu, který chrání život na Zemi.
