U ovom članku ćemo razmotriti fenomen oksidacije. Ovo je višekomponentni koncept koji se pojavljuje u različitim područjima znanosti, kao što su biologija i kemija. Također ćemo se upoznati s raznolikošću ovog procesa i njegovom suštinom.
Uvod
S osnovnog i izvornog gledišta, oksidacija je proces kemijske prirode, koji je praćen povećanjem stupnja atomske oksidacije tvari koja joj prolazi. Ovaj fenomen nastaje zbog prijenosa elektrona s jednog atoma (reduktor i donor) na drugi (akceptor i oksidant).
Ova terminološka jedinica uvedena je u promet kemije početkom 19. stoljeća, a akademik V. M. Severgin za stvaranje oznake koja ukazuje na interakciju tvari s kisikom iz atmosferskog zraka.
U nekim slučajevima, oksidacija molekule je popraćena stvaranjem nestabilnosti u strukturi tvari i dovodi do njezina raspadanja na molekule veće stabilnosti i male veličine. Činjenica je da se ovaj proces može ponoviti na nekoliko različitih razina mljevenja. Odnosno, manja formirana čestica također možeimaju viši stupanj oksidacije od atomskih čestica koje su bile izvorne u istoj tvari, ali veće i stabilnije.
U kemiji postoji koncept najnižeg i najvišeg stupnja oksidacije. To nam omogućuje klasificiranje atoma prema njihovoj sposobnosti da pokažu ovo svojstvo. Najviše oksidacijsko stanje odgovara broju skupine u kojoj se element nalazi. Najniži stupanj, u pravilu, određuje se korespondencijom parnog i neparnog broja: najviši 8=najniži 2, najviši 7=najniži 1.
Izgaranje
Izgaranje je proces oksidacije. U atmosferskom zraku (kao i u okruženju čistog kisika) mogu se oksidirati u obliku izgaranja. Kao primjer mogu poslužiti razne tvari: najjednostavniji elementi tvari metala i nemetala, anorganski i organski spojevi. No, praktički je najznačajnija goriva tvar (gorivo), među kojima su prirodne rezerve nafte, plinova, ugljena, treseta itd. Najčešće nastaju iz složene smjese ugljikovodika s malim udjelom kisika, sumpora, organski spojevi koji sadrže dušik, kao i inkluzije u tragovima drugih elemenata.
Biološka oksidacija
U biologiji, oksidacijske reakcije su procesi koji zajedno konvergiraju s promjenom oksidacijskog stanja atoma uključenih u reakciju, a to se događa zbog elektronske distribucije između komponenti u interakciji.
Prva pretpostavka je da je u svim živim organizmima najsloženiji kem. reakcija, iznesena je u osamnaestomstoljeća. Francuski kemičar A. Lavoisier proučavao je problem. Skrenuo je pozornost na činjenicu da su tijek izgaranja i oksidacije u biologiji međusobno slični.
Znanstvenici su napravili studiju o putu kisika koji je apsorbiralo živo biće zbog disanja. Izvijestili su da su ti oksidacijski procesi slični procesi koji se odvijaju različitim brzinama. Skrenuo je pozornost na proces razgradnje koji se, kako se pokazalo, temelji na fenomenu interakcije molekule kisika (oksidacijskog sredstva) s organskom tvari koja uključuje atome ugljika i/ili vodika. Kao rezultat razgradnje, dolazi do apsolutne transformacije materije.
Bilo je trenutaka procesa koje znanstvenici nisu mogli u potpunosti razumjeti, uključujući pitanja:
- Iz kojeg razloga se oksidacija provodi u uvjetima niske tjelesne temperature, unatoč prisutnosti izvan tijela, samo pri visokoj temperaturi.
- Iz kojeg razloga su oksidacijske reakcije fenomeni koji nisu praćeni oslobađanjem plamena, kao i ogromnim oslobađanjem oslobođene energije.
- Kako je "sagorijevanje" niza hranjivih tvari u tijelu, ako se ono 80% (približno) sastoji od tekućine - vode H2O.
Vrste biološke oksidacije
Prema uvjetima okoline u kojoj dolazi do oksidacije dijeli se na dvije vrste. Većina gljiva i mikroorganizama dobiva energetske resurse pretvaranjem hranjivih tvari kroz anaerobni proces. Ova reakcijajavlja se bez pristupa molekularnom kisiku, a naziva se i glikoliza.
Složeniji način pretvaranja hranjivih tvari je aerobni oblik biološke oksidacije ili disanja tkiva. Nedostatak kisika uzrokuje da stanice ne oksidiraju za energiju i one umiru.
Dobivanje energije živim organizmom
U biologiji, oksidacija je višekomponentni fenomen:
- Glikoliza je početna faza heterotrofnih organizama, tijekom koje se monosaharidi cijepaju bez kisika, a prethodi početku procesa staničnog disanja.
- Oksidacija piruvata - pretvaranje pirogrožđanih kiselina u acetilkoenzim. Te su reakcije moguće samo uz sudjelovanje kompleksa enzima piruvat dehidrogenaze.
- Proces razgradnje beta-masnih kiselina je pojava koja se odvija paralelno s oksidacijom piruvata, čija je svrha prerada svake masne kiseline u acetilkoenzim. Nadalje, ova tvar se dovodi u ciklus trikarboksilne kiseline.
- Krebsov ciklus - pretvaranje acetilkoenzima u limunsku kiselinu i daljnje izlaganje naknadnoj transformaciji (fenomeni dehidrogenacije, dekarboksilacije i regeneracije).
- Oksidativna fosforilacija je posljednji korak u transformaciji u kojoj eukariotski organizam pretvara adenozin difosfat u adenozin trifosfornu kiselinu.
Iz toga slijedi da je oksidacija proces koji uključuje:
- fenomenuklanjanje vodika iz supstrata, koji je podvrgnut oksidaciji (dehidrogenaciji);
- fenomen povratnog udara elektrona supstrata;
- fenomen dodavanja molekule kisika supstratu.
Reakcija zbog metala
Oksidacija metala je reakcija tijekom koje interakcijom elementa iz skupine metala i O2 nastaju oksidi (oksidi).
U širem smislu, reakcija u kojoj atom gubi elektron i stvara razne spojeve, na primjer, tvari klorida, sulfida itd. U prirodnom stanju metali najčešće mogu biti samo u potpuno oksidiranom stanju. stanje (u obliku rude). Iz tog razloga je proces oksidacije prikazan kao reakcija redukcije različitih komponenti spoja. Praktično korištene tvari metala i njihovih legura, u interakciji s okolinom, postupno oksidiraju - podvrgavaju se koroziji. Procesi oksidacije metala nastaju zbog termodinamičkih i kinetičkih čimbenika.
Valencija i oksidacija
Oksidacijsko stanje je valencija. Međutim, postoji neka razlika između njih. Činjenica je da valencija kem. element čovjek određuje sposobnost atoma da uspostavi određeni broj kemijskih veza s drugim vrstama atoma. To je zbog prisutnosti različitih vrsta atoma, odnosno različite sposobnosti stvaranja odnosa. Međutim, valencija može biti samo u kovalentnom spoju i nastaje zbog stvaranja zajedničkog elektronskog para između atoma. Stupanjoksidacija, za razliku od valencije, je stupanj uvjetnog naboja koji posjeduje atom tvari. Može biti pozitivan "+", nula "0" i negativan "-". Također, oksidacijsko stanje sugerira da su sve veze u tvari ionske.
Reakcija nad vodom
Prije više od dvije milijarde godina, biljni organizmi napravili su jedan od najvažnijih koraka prema početku evolucije. Proces fotosinteze se počeo oblikovati. Međutim, u početku su fotooksidaciji bile podvrgnute samo reducirane tvari tipa sumporovodika, koje su na Zemlji bile prisutne u iznimno malim veličinama. Oksidacija vode je proces kojim se u atmosferu unosi značajna količina molekularnog kisika. To je omogućilo bioenergetski procesi da pređu na novu aerobnu razinu. Isti je fenomen omogućio stvaranje ozonskog štita koji štiti život na Zemlji.
