Selles artiklis käsitleme oksüdatsiooni nähtust. See on mitmekomponendiline kontseptsioon, mis esineb erinevates teadusvaldkondades, nagu bioloogia ja keemia. Tutvume ka selle protsessi mitmekesisuse ja olemusega.
Sissejuhatus
Põhilisest ja algsest vaatepunktist on oksüdatsioon keemilise iseloomuga protsess, millega kaasneb selle läbiva aine aatomoksüdatsiooni astme tõus. See nähtus ilmneb elektronide ülekandumise tõttu ühelt aatomilt (redutseerija ja doonor) teisele (aktseptor ja oksüdeerija).
See terminoloogiline üksus toodi keemia käibesse 19. sajandi alguses ja akadeemik V. M. Severgin, et luua tähistus, mis näitab ainete koostoimet atmosfääriõhu hapnikuga.
Mõnel juhul kaasneb molekuli oksüdeerumisega aine struktuuri ebastabiilsuse teke ja see põhjustab selle lagunemise suurema stabiilsuse ja väikese suurusega molekulideks. Fakt on see, et seda protsessi saab korrata mitmel erineval lihvimistasemel. See tähendab, et moodustunud väiksem osake võib samutineil on kõrgem oksüdatsiooniaste kui aatomiosakesed, mis olid samas aines originaalosakesed, kuid suuremad ja stabiilsemad.
Keemias on madalaima ja kõrgeima oksüdatsiooniastme mõiste. See võimaldab meil klassifitseerida aatomeid vastav alt nende võimele seda omadust avaldada. Kõrgeim oksüdatsiooniaste vastab selle rühma arvule, milles element asub. Madalaima astme määrab reeglina paaris ja paaritu arvu vastavus: kõrgeim 8=madalaim 2, kõrgeim 7=madalaim 1.
Põlemine
Põlemine on oksüdatsiooniprotsess. Atmosfääriõhus (nagu ka puhta hapniku keskkonnas) võivad need põlemisel oksüdeeruda. Näitena võib kasutada mitmesuguseid aineid: metallide ja mittemetallide ainete, anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite lihtsaimad elemendid. Praktiliselt kõige olulisem on aga põlev aine (kütus), mille hulgas on nafta, gaaside, kivisöe, turba jne loodusvarud. Enamasti moodustuvad need süsivesinike keerulisest segust, milles on väike osa hapnikust, väävlist, lämmastikku sisaldavad orgaanilised ühendid, aga ka muude elementide jäägid.
Bioloogiline oksüdatsioon
Bioloogias on oksüdatsioonireaktsioonid protsessid, mis üheskoos taanduvad reaktsioonis osalevate aatomite oksüdatsiooniastme muutumisele ja see juhtub interakteeruvate komponentide vahelise elektroonilise jaotumise tõttu.
Esimene oletus on, et kõigis elusorganismides on kõige keerulisem keemia. reaktsioon, esitati kaheksateistkümnendalsajandil. Prantsuse keemik A. Lavoisier uuris probleemi. Ta juhtis tähelepanu asjaolule, et põlemise ja oksüdatsiooni kulg bioloogias on sarnased.
Teadlased on uurinud hapniku teekonda, mille elusolend neelas hingamise tõttu. Nad teatasid, et need oksüdatsiooniprotsessid on sarnased protsessid, mis toimuvad erineva kiirusega. Ta juhtis tähelepanu lagunemisprotsessile, mis, nagu selgus, põhineb hapnikumolekuli (oksüdeeriva aine) vastasmõjul süsiniku- ja/või vesinikuaatomeid sisaldava orgaanilise ainega. Lagunemise tulemusena toimub aine absoluutne muundumine.
Protsessis oli hetki, millest teadlased ei saanud täielikult aru, sealhulgas küsimused:
- Mis põhjusel viiakse oksüdatsioon läbi madala kehatemperatuuri tingimustes, hoolimata selle olemasolust väljaspool keha, ainult kõrgel temperatuuril.
- Mis põhjusel on oksüdatsioonireaktsioonid nähtused, millega ei kaasne leegi eraldumist, aga ka tohutu vabanenud energia eraldumine.
- Kuidas toimub ainete toitainevaliku "põletamine" organismis, kui see koosneb 80% (ligikaudu) vedelikust - veest H2O.
Bioloogilise oksüdatsiooni tüübid
Vastav alt keskkonnatingimustele, milles oksüdatsioon toimub, jaguneb see kahte tüüpi. Enamik seeni ja mikroorganisme hangib energiaressursse toitaineid anaeroobse protsessi kaudu muundades. See reaktsioontoimub ilma juurdepääsuta molekulaarsele hapnikule ja seda nimetatakse ka glükolüüsiks.
Keerulisem viis toitainete muundamiseks on bioloogilise oksüdatsiooni aeroobne vorm või kudede hingamine. Hapnikupuuduse tõttu ei suuda rakud energia saamiseks oksüdeeruda ja nad surevad.
Elusorganismi kaudu energia saamine
Bioloogias on oksüdatsioon mitmekomponentne nähtus:
- Glükolüüs on heterotroofsete organismide algstaadium, mille käigus monosahhariidid lõhustatakse ilma hapnikuta ja see eelneb rakulise hingamise protsessi algusele.
- Püruvaadi oksüdatsioon – püruviinhapete muundamine atsetüülkoensüümiks. Need reaktsioonid on võimalikud ainult püruvaatdehüdrogenaasi ensüümikomplekside osalusel.
- Beeta-rasvhapete lagunemisprotsess on püruvaadi oksüdeerumisega paralleelselt toimuv nähtus, mille eesmärk on iga rasvhappe töötlemine atsetüülkoensüümiks. Lisaks suunatakse see aine trikarboksüülhappe tsüklisse.
- Krebsi tsükkel – atsetüülkoensüümi muundamine sidrunhapeteks ja edasine kokkupuude sellele järgneva muundamisega (dehüdrogeenimise, dekarboksüülimise ja regenereerimise nähtused).
- Oksüdatiivne fosforüülimine on viimane etapp transformatsioonis, mille käigus eukarüootne organism muudab adenosiindifosfaadi adenosiintrifosforhapeteks.
Sellest järeldub, et oksüdatsioon on protsess, mis hõlmab:
- fenomenvesiniku eemaldamine substraadist, mis läbib oksüdatsiooni (dehüdrogeenimine);
- substraadi elektronide tagasilöögi nähtus;
- hapnikumolekuli substraadile lisamise nähtus.
Reaktsioon metallidele
Metalli oksüdatsioon on reaktsioon, mille käigus metallide rühma kuuluva elemendi ja O2 vastastikmõjul tekivad oksiidid (oksiidid).
Laias tähenduses reaktsioon, mille käigus aatom kaotab elektroni ja tekitab mitmesuguseid ühendeid, näiteks kloriide, sulfiide jne. Looduslikus olekus saavad metallid enamasti olla ainult täielikult oksüdeerunud olek (maagi kujul). Sel põhjusel esitatakse oksüdatsiooniprotsess ühendi erinevate komponentide redutseerimisreaktsioonina. Praktiliselt kasutatavad metallide ja nende sulamite ained keskkonnaga suheldes oksüdeeruvad järk-järgult - läbivad korrosiooni. Metalli oksüdatsiooniprotsessid toimuvad termodünaamiliste ja kineetiliste tegurite mõjul.
Valents ja oksüdatsioon
Oksüdatsiooniaste on valents. Siiski on nende vahel teatav erinevus. Fakt on see, et keemia valents. element inimene määrab aatomi võime luua teatud arvu keemilisi sidemeid teist tüüpi aatomitega. Selle põhjuseks on vastav alt erinevat tüüpi aatomite olemasolu, erinev võime suhteid luua. Valents saab aga olla ainult kovalentses ühendis ja tekib tänu ühise elektronpaari loomisele aatomite vahel. Kraadoksüdatsioon, erinev alt valentsusest, on tingimusliku laengu määr, mis aine aatomil on. See võib olla positiivne "+", null "0" ja negatiivne "-". Samuti viitab oksüdatsiooniaste sellele, et kõik aine sidemed on ioonsed.
Reaktsioon vee kohal
Rohkem kui kaks miljardit aastat tagasi astusid taimeorganismid ühe kõige olulisema sammu evolutsiooni alguse suunas. Fotosünteesi protsess hakkas ilmet võtma. Kuid algselt allutati fotooksüdatsioonile ainult vesiniksulfiidi tüüpi redutseeritud ained, mis esinesid maa peal äärmiselt väikestes mõõtmetes. Vee oksüdatsioon on protsess, mille käigus viidi atmosfääri märkimisväärne kogus molekulaarset hapnikku. See võimaldas bioenergeetilistel protsessidel liikuda uuele aeroobsele tasemele. Sama nähtus võimaldas moodustada osoonikilbi, mis kaitseb elu Maal.
