V tomto článku sa budeme zaoberať fenoménom oxidácie. Ide o viaczložkový koncept, ktorý sa objavuje v rôznych oblastiach vedy, ako je biológia a chémia. Zoznámime sa tiež s rozmanitosťou tohto procesu a jeho podstatou.
Úvod
Oxidácia je zo základného a pôvodného hľadiska proces chemickej povahy, ktorý je sprevádzaný zvýšením stupňa atómovej oxidácie látky, ktorá mu podlieha. K tomuto javu dochádza v dôsledku prenosu elektrónov z jedného atómu (redukčného činidla a donoru) na druhý (akceptor a oxidačné činidlo).
Táto terminologická jednotka bola zavedená do obehu chémie na začiatku 19. storočia a akademik V. M. Severgin vytvoriť označenie označujúce interakciu látok s kyslíkom z atmosférického vzduchu.
V niektorých prípadoch je oxidácia molekuly sprevádzaná vytvorením nestability v štruktúre látky a vedie k jej rozpadu na molekuly s väčšou stabilitou a malými rozmermi. Faktom je, že tento proces sa môže opakovať na niekoľkých rôznych úrovniach mletia. To znamená, že menšie častice môžu tiežmajú vyšší stupeň oxidácie ako atómové častice, ktoré boli pôvodné v rovnakej látke, ale sú väčšie a stabilnejšie.
V chémii existuje koncept najnižšieho a najvyššieho stupňa oxidácie. To nám umožňuje klasifikovať atómy podľa ich schopnosti prejavovať túto vlastnosť. Najvyššiemu oxidačnému stavu zodpovedá číslo skupiny, v ktorej sa prvok nachádza. Najnižší stupeň je spravidla určený zhodou párneho a nepárneho čísla: najvyššie 8=najnižšie 2, najvyššie 7=najnižšie 1.
Spaľovanie
Spaľovanie je oxidačný proces. V atmosférickom vzduchu (ako aj v prostredí čistého kyslíka) môžu byť oxidované vo forme horenia. Ako príklad môžu slúžiť rôzne látky: najjednoduchšie prvky látok kovov a nekovov, anorganické a organické zlúčeniny. Prakticky najvýznamnejšia je však horľavá látka (palivo), medzi ktoré patria prírodné zásoby ropy, plynov, uhlia, rašeliny atď. Najčastejšie vznikajú z komplexnej zmesi uhľovodíkov s malým podielom kyslíka, síry, organické zlúčeniny obsahujúce dusík, ako aj stopové inklúzie iných prvkov.
Biologická oxidácia
V biológii sú oxidačné reakcie procesy, ktoré spoločne konvergujú k zmene oxidačného stavu atómov zapojených do reakcie, čo sa deje v dôsledku elektronickej distribúcie medzi interagujúcimi komponentmi.
Prvým predpokladom je, že vo všetkých živých organizmoch je najzložitejšia chem. reakcie, bol predložený v osemnástomstoročí. Problémom sa zaoberal francúzsky chemik A. Lavoisier. Upozornil na skutočnosť, že priebeh horenia a oxidácie v biológii sú si navzájom podobné.
Vedci študovali dráhu kyslíka, ktorý absorbovala živá bytosť v dôsledku dýchania. Uviedli, že tieto oxidačné procesy sú podobné procesy vyskytujúce sa pri rôznych rýchlostiach. Upozornil na proces rozkladu, ktorý, ako sa ukázalo, je založený na fenoméne interakcie molekuly kyslíka (oxidačného činidla) s organickou látkou, ktorá obsahuje atómy uhlíka a/alebo vodíka. V dôsledku rozkladu dochádza k absolútnej premene hmoty.
V tomto procese boli momenty, ktorým vedci nedokázali úplne porozumieť, vrátane otázok:
- Prečo sa oxidácia vykonáva v podmienkach nízkej telesnej teploty, napriek jej prítomnosti mimo tela, iba pri vysokej teplote.
- Prečo sú oxidačné reakcie javy, ktoré nie sú sprevádzané uvoľnením plameňa, ako aj obrovským uvoľnením uvoľnenej energie.
- Ako prebieha „spaľovanie“nutričnej škály látok v tele, ak je z 80 % (približne) zložené z kvapaliny – vody H2O.
Typy biologickej oxidácie
Podľa podmienok prostredia, v ktorom dochádza k oxidácii, sa delí na dva typy. Väčšina húb a mikroorganizmov získava energetické zdroje premenou živín prostredníctvom anaeróbneho procesu. Táto reakciaprebieha bez prístupu molekulárneho kyslíka a nazýva sa aj glykolýza.
Zložitejším spôsobom premeny živín je aeróbna forma biologickej oxidácie alebo tkanivové dýchanie. Nedostatok kyslíka spôsobuje, že bunky nedokážu oxidovať na energiu a odumierajú.
Získanie energie živým organizmom
V biológii je oxidácia viaczložkový jav:
- Glykolýza je počiatočné štádium heterotrofných organizmov, počas ktorého sa bez kyslíka štiepia monosacharidy a predchádza začiatku procesu bunkového dýchania.
- Oxidácia pyruvátu – premena kyseliny pyrohroznovej na acetylkoenzým. Tieto reakcie sú možné len za účasti enzýmových komplexov pyruvátdehydrogenázy.
- Proces rozkladu beta-mastných kyselín je jav prebiehajúci súbežne s oxidáciou pyruvátu, ktorej účelom je spracovanie každej mastnej kyseliny na acetylkoenzým. Ďalej sa táto látka dodáva do cyklu trikarboxylových kyselín.
- Krebsov cyklus - premena acetylkoenzýmu na kyseliny citrónové a ďalšie vystavenie následnej transformácii (fenomén dehydrogenácie, dekarboxylácie a regenerácie).
- Oxidačná fosforylácia je posledným krokom v transformácii, pri ktorej eukaryotický organizmus premieňa adenozíndifosfát na adenozíntrifosforečné kyseliny.
Z toho vyplýva, že oxidácia je proces zahŕňajúci:
- fenoménodstránenie vodíka zo substrátu, ktorý podlieha oxidácii (dehydrogenácii);
- fenomén spätného rázu elektrónov substrátu;
- fenomén pridania molekuly kyslíka k substrátu.
Reakcia na kovoch
Oxidácia kovu je reakcia, pri ktorej interakciou prvku zo skupiny kovov a O2 vznikajú oxidy (oxidy).
V širšom zmysle je to reakcia, pri ktorej atóm stráca elektrón a vznikajú rôzne zlúčeniny, napríklad látky chloridov, sulfidov a pod. V prírodnom stave môžu byť kovy najčastejšie iba v úplne oxidovanom stav (vo forme rudy). Z tohto dôvodu je oxidačný proces prezentovaný ako redukčná reakcia rôznych zložiek zlúčeniny. Prakticky používané látky kovov a ich zliatin pri interakcii s prostredím postupne oxidujú - podliehajú korózii. Procesy oxidácie kovov sa vyskytujú v dôsledku termodynamických a kinetických faktorov.
Valencia a oxidácia
Oxidačný stav je valencia. Je medzi nimi však istý rozdiel. Faktom je, že valencia chem. prvok človek určuje schopnosť atómu vytvoriť určitý počet chemických väzieb s inými typmi atómov. Je to spôsobené prítomnosťou rôznych typov atómov, respektíve odlišnou schopnosťou vytvárať vzťah. Valencia však môže byť iba v kovalentnej zlúčenine a vzniká v dôsledku vytvorenia spoločného elektrónového páru medzi atómami. stupňaoxidácia, na rozdiel od valencie, je stupeň podmieneného náboja, ktorý má atóm látky. Môže to byť kladné „+“, nula „0“a záporné „-“. Oxidačný stav tiež naznačuje, že všetky väzby v látke sú iónové.
Reakcia nad vodou
Pred viac ako dvoma miliardami rokov podnikli rastlinné organizmy jeden z najdôležitejších krokov smerom k začiatku evolúcie. Začal sa formovať proces fotosyntézy. Pôvodne však boli fotooxidácii podrobené len redukované látky sírovodíkového typu, ktoré sa na Zemi vyskytovali v extrémne malých rozmeroch. Oxidácia vody je proces, ktorý vnáša do atmosféry značné množstvo molekulárneho kyslíka. To umožnilo bioenergetickým procesom prejsť na novú aeróbnu úroveň. Rovnaký jav umožnil vytvorenie ozónového štítu, ktorý chráni život na Zemi.
