Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε το φαινόμενο της οξείδωσης. Πρόκειται για μια έννοια πολλαπλών συστατικών που εμφανίζεται σε διάφορους τομείς της επιστήμης, όπως η βιολογία και η χημεία. Θα γνωρίσουμε επίσης την ποικιλία αυτής της διαδικασίας και την ουσία της.
Εισαγωγή
Από βασική και πρωτότυπη άποψη, η οξείδωση είναι μια διαδικασία χημικής φύσης, η οποία συνοδεύεται από αύξηση του βαθμού ατομικής οξείδωσης της ουσίας που την υφίσταται. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει λόγω της μεταφοράς ηλεκτρονίων από το ένα άτομο (αναγωγικό και δότη) στο δεύτερο (δέκτης και οξειδωτικό).
Αυτή η ορολογική ενότητα εισήχθη στην κυκλοφορία της χημείας στις αρχές του 19ου αιώνα και ο Ακαδημαϊκός V. M. Severgin για τη δημιουργία μιας ονομασίας που υποδεικνύει την αλληλεπίδραση ουσιών με οξυγόνο από τον ατμοσφαιρικό αέρα.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η οξείδωση ενός μορίου συνοδεύεται από τη δημιουργία αστάθειας στη δομή της ουσίας και οδηγεί στη διάσπασή της σε μόρια με μεγαλύτερη σταθερότητα και μικρά μεγέθη. Το γεγονός είναι ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί σε πολλά διαφορετικά επίπεδα λείανσης. Δηλαδή, το μικρότερο σωματίδιο που σχηματίζεται μπορεί επίσηςέχουν υψηλότερο βαθμό οξείδωσης από τα ατομικά σωματίδια που ήταν τα αρχικά στην ίδια ουσία, αλλά μεγαλύτερα και πιο σταθερά.
Στη χημεία υπάρχει η έννοια του χαμηλότερου και υψηλότερου βαθμού οξείδωσης. Αυτό μας επιτρέπει να ταξινομήσουμε τα άτομα σύμφωνα με την ικανότητά τους να παρουσιάζουν αυτήν την ιδιότητα. Η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας στην οποία βρίσκεται το στοιχείο. Ο χαμηλότερος βαθμός, κατά κανόνα, καθορίζεται από την αντιστοιχία ενός άρτιου και ενός περιττού αριθμού: το υψηλότερο 8=το χαμηλότερο 2, το υψηλότερο 7=το χαμηλότερο 1.
Κύση
Η καύση είναι μια διαδικασία οξείδωσης. Στον ατμοσφαιρικό αέρα (καθώς και σε περιβάλλον καθαρού οξυγόνου) μπορούν να οξειδωθούν με τη μορφή καύσης. Μια ποικιλία ουσιών μπορεί να χρησιμεύσει ως παράδειγμα: τα απλούστερα στοιχεία ουσιών από μέταλλα και μη μέταλλα, ανόργανες και οργανικές ενώσεις. Ωστόσο, η πιο σημαντική πρακτικά είναι η καύσιμη ουσία (καύσιμο), μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται τα φυσικά αποθέματα πετρελαίου, αερίων, άνθρακα, τύρφης κ.λπ. Τις περισσότερες φορές σχηματίζονται από ένα σύνθετο μείγμα υδρογονανθράκων με μικρή αναλογία οξυγόνου, θείου, οργανικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο, καθώς και ιχνοστοιχεία άλλων στοιχείων.
Βιολογική οξείδωση
Στη βιολογία, οι αντιδράσεις οξείδωσης είναι διεργασίες που μαζί συγκλίνουν σε μια αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης των ατόμων που εμπλέκονται στην αντίδραση, και αυτό συμβαίνει λόγω της ηλεκτρονικής κατανομής μεταξύ των αλληλεπιδρώντων συστατικών.
Η πρώτη υπόθεση είναι ότι σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς το πιο πολύπλοκο χημικό. αντίδραση, προτάθηκε το δέκατο όγδοοαιώνας. Ο Γάλλος χημικός A. Lavoisier μελέτησε το πρόβλημα. Επέστησε την προσοχή στο γεγονός ότι η πορεία της καύσης και της οξείδωσης στη βιολογία είναι παρόμοια μεταξύ τους.
Επιστήμονες έκαναν μια μελέτη για το μονοπάτι του οξυγόνου που απορροφήθηκε από ένα ζωντανό ον λόγω της αναπνοής. Ανέφεραν ότι αυτές οι διαδικασίες οξείδωσης είναι παρόμοιες διαδικασίες που συμβαίνουν με διαφορετικούς ρυθμούς. Επέστησε την προσοχή στη διαδικασία αποσύνθεσης, η οποία, όπως αποδείχθηκε, βασίζεται στο φαινόμενο της αλληλεπίδρασης ενός μορίου οξυγόνου (οξειδωτικού παράγοντα) με μια οργανική ουσία που περιλαμβάνει άτομα άνθρακα ή/και υδρογόνου. Ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης, εμφανίζεται ένας απόλυτος μετασχηματισμός της ύλης.
Υπήρχαν στιγμές της διαδικασίας που οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να κατανοήσουν πλήρως, συμπεριλαμβανομένων των ερωτήσεων:
- Για ποιο λόγο η οξείδωση πραγματοποιείται σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας σώματος, παρά την παρουσία της εκτός του σώματος, μόνο σε υψηλή θερμοκρασία.
- Για ποιο λόγο, οι αντιδράσεις οξείδωσης είναι φαινόμενα που δεν συνοδεύονται από απελευθέρωση φλόγας, καθώς και τεράστιες εκλύσεις εκλυόμενης ενέργειας.
- Πώς είναι το «κάψιμο» της σειράς θρεπτικών ουσιών στον οργανισμό, αν κατά 80% (περίπου) αποτελείται από υγρό - νερό H2O.
Τύποι βιολογικής οξείδωσης
Σύμφωνα με τις συνθήκες του περιβάλλοντος στο οποίο συμβαίνει η οξείδωση, χωρίζεται σε δύο τύπους. Οι περισσότεροι μύκητες και μικροοργανισμοί αποκτούν ενεργειακούς πόρους μετατρέποντας θρεπτικά συστατικά μέσω μιας αναερόβιας διαδικασίας. Αυτή η αντίδρασησυμβαίνει χωρίς πρόσβαση στο μοριακό οξυγόνο και ονομάζεται επίσης γλυκόλυση.
Ένας πιο περίπλοκος τρόπος μετατροπής θρεπτικών συστατικών είναι η αερόβια μορφή βιολογικής οξείδωσης ή η αναπνοή των ιστών. Η έλλειψη οξυγόνου αναγκάζει τα κύτταρα να αποτυγχάνουν να οξειδωθούν για ενέργεια και πεθαίνουν.
Λήψη ενέργειας από ζωντανό οργανισμό
Στη βιολογία, η οξείδωση είναι ένα φαινόμενο πολλαπλών συστατικών:
- Η γλυκόλυση είναι το αρχικό στάδιο των ετερότροφων οργανισμών, κατά το οποίο οι μονοσακχαρίτες διασπώνται χωρίς οξυγόνο και προηγείται της έναρξης της διαδικασίας της κυτταρικής αναπνοής.
- Οξείδωση πυροσταφυλικού - μετατροπή πυροσταφυλικών οξέων σε ακετυλοκοένζυμο. Αυτές οι αντιδράσεις είναι δυνατές μόνο με τη συμμετοχή συμπλοκών ενζύμου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης.
- Η διαδικασία αποσύνθεσης των βήτα-λιπαρών οξέων είναι ένα φαινόμενο που πραγματοποιείται παράλληλα με την οξείδωση του πυροσταφυλικού, σκοπός της οποίας είναι η επεξεργασία κάθε λιπαρού οξέος σε ακετυλοκοένζυμο. Επιπλέον, αυτή η ουσία παρέχεται στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος.
- Κύκλος Krebs - η μετατροπή του ακετυλοκοενζύμου σε κιτρικά οξέα και περαιτέρω έκθεση σε επακόλουθο μετασχηματισμό (φαινόμενα αφυδρογόνωσης, αποκαρβοξυλίωσης και αναγέννησης).
- Η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι το τελευταίο βήμα στον μετασχηματισμό κατά τον οποίο ένας ευκαρυωτικός οργανισμός μετατρέπει τη διφωσφορική αδενοσίνη σε τριφωσφορικά οξέα αδενοσίνης.
Ακολουθεί ότι η οξείδωση είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει:
- φαινόμενοαπομάκρυνση του υδρογόνου από το υπόστρωμα, το οποίο υφίσταται οξείδωση (αφυδρογόνωση),
- φαινόμενο ανάκρουσης ηλεκτρονίων υποστρώματος;
- το φαινόμενο της προσθήκης ενός μορίου οξυγόνου σε ένα υπόστρωμα.
Αντίδραση σε μέταλλα
Οξείδωση μετάλλου είναι μια αντίδραση κατά την οποία, μέσω της αλληλεπίδρασης ενός στοιχείου από την ομάδα των μετάλλων και του Ο2, σχηματίζονται οξείδια (οξείδια).
Με την ευρεία έννοια, μια αντίδραση κατά την οποία ένα άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο και δημιουργεί διάφορες ενώσεις, για παράδειγμα, ουσίες χλωριδίων, σουλφιδίων κ.λπ. Στη φυσική κατάσταση, τα μέταλλα μπορεί να είναι συνήθως πλήρως οξειδωμένα κατάσταση (με τη μορφή μεταλλεύματος). Γι' αυτό το λόγο η διαδικασία οξείδωσης παρουσιάζεται ως αντίδραση αναγωγής διαφόρων συστατικών της ένωσης. Οι πρακτικά χρησιμοποιούμενες ουσίες μετάλλων και τα κράματά τους, όταν αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον, οξειδώνονται σταδιακά - υφίστανται διάβρωση. Οι διεργασίες οξείδωσης μετάλλων συμβαίνουν λόγω θερμοδυναμικών και κινητικών παραγόντων.
Σθένος και οξείδωση
Η κατάσταση οξείδωσης είναι το σθένος. Ωστόσο, υπάρχει κάποια διαφορά μεταξύ τους. Γεγονός είναι ότι το σθένος της χημ. Το στοιχείο άνθρωπος καθορίζει την ικανότητα ενός ατόμου να δημιουργεί έναν ορισμένο αριθμό χημικών δεσμών με άλλους τύπους ατόμων. Αυτό οφείλεται στην παρουσία διαφορετικών τύπων ατόμου, αντίστοιχα, διαφορετική ικανότητα δημιουργίας μιας σχέσης. Ωστόσο, το σθένος μπορεί να είναι μόνο σε μια ομοιοπολική ένωση και σχηματίζεται λόγω της δημιουργίας ενός κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων. Βαθμόςη οξείδωση, σε αντίθεση με το σθένος, είναι ο βαθμός υπό όρους φορτίου που διαθέτει ένα άτομο μιας ουσίας. Μπορεί να είναι θετικό "+", μηδέν "0" και αρνητικό "-". Επίσης, η κατάσταση οξείδωσης υποδηλώνει ότι όλοι οι δεσμοί σε μια ουσία είναι ιοντικοί.
Αντίδραση πάνω από νερό
Πριν από περισσότερα από δύο δισεκατομμύρια χρόνια, οι φυτικοί οργανισμοί έκαναν ένα από τα πιο σημαντικά βήματα προς την αρχή της εξέλιξης. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης άρχισε να διαμορφώνεται. Ωστόσο, αρχικά μόνο ανηγμένες ουσίες του τύπου υδρόθειου υποβλήθηκαν σε φωτοξείδωση, οι οποίες υπήρχαν στη γη σε εξαιρετικά μικρά μεγέθη. Η οξείδωση του νερού είναι μια διαδικασία που εισήγαγε σημαντική ποσότητα μοριακού οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Αυτό επέτρεψε στις βιοενεργειακές διεργασίες να περάσουν σε ένα νέο αερόβιο επίπεδο. Το ίδιο φαινόμενο επέτρεψε το σχηματισμό μιας ασπίδας του όζοντος που προστατεύει τη ζωή στη Γη.
