Trong bài này chúng ta sẽ xem xét hiện tượng oxi hóa. Đây là một khái niệm đa thành phần xuất hiện trong các lĩnh vực khoa học khác nhau, chẳng hạn như sinh học và hóa học. Chúng ta cũng sẽ làm quen với sự đa dạng của quá trình này và bản chất của nó.
Giới thiệu
Theo quan điểm cơ bản và nguyên bản, quá trình oxy hóa là một quá trình có bản chất hóa học, đi kèm với sự gia tăng mức độ oxy hóa nguyên tử của chất trải qua nó. Hiện tượng này xảy ra do sự chuyển electron từ nguyên tử này (chất khử và chất cho) sang nguyên tử thứ hai (chất nhận và chất oxi hóa).
Đơn vị thuật ngữ này đã được đưa vào lưu hành hóa học vào đầu thế kỷ 19, và Viện sĩ V. M. Severgin để tạo một ký hiệu cho thấy sự tương tác của các chất với oxy từ không khí trong khí quyển.
Trong một số trường hợp, quá trình oxy hóa phân tử đi kèm với việc tạo ra sự không ổn định trong cấu trúc của chất và dẫn đến sự phân rã của nó thành các phân tử có độ ổn định cao hơn và kích thước nhỏ. Thực tế là quá trình này có thể được lặp lại ở nhiều cấp độ xay khác nhau. Đó là, hạt nhỏ hơn được hình thành cũng có thểcó mức độ oxi hóa cao hơn so với các hạt nguyên tử ban đầu trong cùng một chất, nhưng lớn hơn và ổn định hơn.
Trong hóa học có khái niệm về mức độ oxi hóa thấp nhất và cao nhất. Điều này cho phép chúng ta phân loại các nguyên tử theo khả năng thể hiện tính chất này của chúng. Trạng thái oxi hóa cao nhất tương ứng với số thứ tự của nhóm mà nguyên tố nằm trong đó. Mức độ thấp nhất, theo quy luật, được xác định bằng sự tương ứng của một số chẵn và một số lẻ: cao nhất 8=thấp nhất 2, cao nhất 7=thấp nhất 1.
Đốt
Đốt cháy là một quá trình oxy hóa. Trong không khí khí quyển (cũng như trong môi trường oxy tinh khiết) chúng có thể bị oxy hóa dưới dạng đốt cháy. Một loạt các chất có thể dùng làm ví dụ: các nguyên tố đơn giản nhất của các chất kim loại và phi kim loại, các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Tuy nhiên, thực tế có ý nghĩa quan trọng nhất là chất dễ cháy (nhiên liệu), trong số đó là trữ lượng tự nhiên của dầu, khí, than đá, than bùn, v.v. Thông thường, chúng hình thành từ một hỗn hợp phức tạp của hydrocacbon với một tỷ lệ nhỏ oxy, lưu huỳnh, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, cũng như các tạp chất nhỏ của các nguyên tố khác.
Oxy hóa sinh học
Trong sinh học, phản ứng oxy hóa là những quá trình cùng nhau hội tụ đến sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các nguyên tử tham gia phản ứng và điều này xảy ra do sự phân bố điện tử giữa các thành phần tương tác.
Giả thiết đầu tiên là trong tất cả các cơ thể sống, hóa chất phức tạp nhất. phản ứng, đã được đưa ra trong mười támthế kỷ. Nhà hóa học người Pháp A. Lavoisier đã nghiên cứu vấn đề này. Ông thu hút sự chú ý của thực tế là quá trình đốt cháy và quá trình oxy hóa trong sinh học tương tự nhau.
Các nhà khoa học đã thực hiện một nghiên cứu về đường đi của oxy được hấp thụ bởi một sinh vật do hô hấp. Họ báo cáo rằng các quá trình oxy hóa này là các quá trình tương tự xảy ra với tốc độ khác nhau. Ông thu hút sự chú ý đến quá trình phân hủy, hóa ra là dựa trên hiện tượng tương tác của phân tử oxy (chất oxy hóa) với một chất hữu cơ bao gồm các nguyên tử cacbon và / hoặc hydro. Kết quả của sự phân hủy, sự biến đổi tuyệt đối của vật chất xảy ra.
Có những khoảnh khắc của quá trình mà các nhà khoa học không thể hiểu hết, bao gồm các câu hỏi:
- Vì lý do gì mà quá trình oxy hóa được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cơ thể thấp, mặc dù nó hiện diện bên ngoài cơ thể, chỉ ở nhiệt độ cao.
- Vì lý do gì, phản ứng oxy hóa là những hiện tượng không kèm theo sự tỏa ra ngọn lửa, cũng như sự giải phóng năng lượng khổng lồ.
- Sự "đốt cháy" lượng dinh dưỡng của các chất trong cơ thể như thế nào, nếu 80% (xấp xỉ) bao gồm chất lỏng - nước H2O.
Các loại oxy hóa sinh học
Theo điều kiện của môi trường xảy ra quá trình oxy hóa, nó được chia thành hai loại. Hầu hết các loại nấm và vi sinh vật thu được nguồn năng lượng bằng cách chuyển hóa các chất dinh dưỡng thông qua quá trình kỵ khí. Phản ứng nàyxảy ra mà không cần tiếp cận với oxy phân tử và còn được gọi là quá trình đường phân.
Một cách phức tạp hơn để chuyển đổi chất dinh dưỡng là hình thức hiếu khí của quá trình oxy hóa sinh học hoặc hô hấp mô. Việc thiếu oxy khiến các tế bào không thể oxy hóa để tạo năng lượng và chúng sẽ chết.
Nhận năng lượng bởi một cơ thể sống
Trong sinh học, quá trình oxy hóa là một hiện tượng đa thành phần:
- Glycolysis là giai đoạn đầu của các sinh vật dị dưỡng, trong đó monosaccharide bị phân cắt mà không cần oxy, và nó diễn ra trước khi bắt đầu quá trình hô hấp tế bào.
- Pyruvate oxy hóa - chuyển hóa axit pyruvic thành acetylcoenzyme. Những phản ứng này chỉ có thể xảy ra khi có sự tham gia của phức hợp enzym pyruvate dehydrogenase.
- Quá trình phân hủy axit béo beta là một hiện tượng được thực hiện song song với quá trình oxy hóa pyruvate, mục đích của quá trình này là xử lý từng axit béo thành acetylcoenzyme. Hơn nữa, chất này được cung cấp cho chu trình axit tricarboxylic.
- Chu trình Krebs - chuyển đổi acetylcoenzyme thành axit citric và tiếp xúc với quá trình biến đổi tiếp theo (hiện tượng dehydro hóa, khử carboxyl và tái sinh).
- Quá trình phosphoryl hóa oxy hóa là bước cuối cùng trong quá trình biến đổi trong đó sinh vật nhân chuẩn chuyển đổi adenosine diphosphate thành axit adenosine triphosphoric.
Theo đó, quá trình oxy hóa là một quá trình liên quan đến:
- hiện tượngloại bỏ hydro khỏi chất nền trải qua quá trình oxy hóa (dehydro hóa);
- hiện tượng giật electron chất nền;
- hiện tượng thêm phân tử oxy vào chất nền.
Phản ứng hơn kim loại
Oxi hóa kim loại là phản ứng trong đó, thông qua sự tương tác của một nguyên tố giữa nhóm kim loại và O2, các oxit (oxit) được tạo thành.
Theo nghĩa rộng, một phản ứng trong đó một nguyên tử mất một điện tử và tạo ra các hợp chất khác nhau, ví dụ, các chất clorua, sunfua, v.v. Ở trạng thái tự nhiên, hầu hết các kim loại thường chỉ có thể ở trạng thái oxi hóa hoàn toàn. trạng thái (ở dạng quặng). Đó là lý do mà quá trình oxy hóa được trình bày như một phản ứng khử của các thành phần khác nhau của hợp chất. Các chất được sử dụng trong thực tế của kim loại và hợp kim của chúng, khi tương tác với môi trường, dần dần sẽ bị oxy hóa - chúng bị ăn mòn. Quá trình oxy hóa kim loại xảy ra do các yếu tố nhiệt động và động học.
Hóa trị và oxy hóa
Trạng thái oxi hoá là hoá trị. Tuy nhiên, có một số khác biệt giữa chúng. Thực tế là hóa trị của chem. nguyên tố man quyết định khả năng của một nguyên tử để thiết lập một số liên kết hóa học nhất định với các loại nguyên tử khác. Điều này là do sự hiện diện của các loại nguyên tử khác nhau, tương ứng, khả năng tạo ra mối quan hệ khác nhau. Tuy nhiên, hóa trị chỉ có thể có trong hợp chất cộng hóa trị và được hình thành do sự tạo cặp electron chung giữa các nguyên tử. Bằngsố oxi hóa, ngược lại với hóa trị, là mức độ điện tích có điều kiện mà nguyên tử của một chất sở hữu. Nó có thể là dương "+", không "0" và âm "-". Ngoài ra, trạng thái oxy hóa cho thấy rằng tất cả các liên kết trong một chất đều là ion.
Phản ứng trên nước
Hơn hai tỷ năm trước, các sinh vật thực vật đã thực hiện một trong những bước quan trọng nhất để bắt đầu quá trình tiến hóa. Quá trình quang hợp bắt đầu hình thành. Tuy nhiên, ban đầu chỉ có các chất khử dạng hydro sunfua bị quang oxy hóa, chúng hiện diện trên trái đất với kích thước cực kỳ nhỏ. Quá trình oxy hóa nước là một quá trình đưa một lượng đáng kể oxy phân tử vào khí quyển. Điều này cho phép các quá trình năng lượng sinh học chuyển sang một cấp độ hiếu khí mới. Hiện tượng tương tự đã cho phép hình thành một lá chắn ôzôn bảo vệ sự sống trên Trái đất.
