In dit artikel gaan we in op het fenomeen oxidatie. Dit is een concept met meerdere componenten dat voorkomt in verschillende wetenschapsgebieden, zoals biologie en scheikunde. We zullen ook kennis maken met de verscheidenheid van dit proces en de essentie ervan.
Inleiding
Vanuit het fundamentele en originele oogpunt is oxidatie een proces van chemische aard, dat gepaard gaat met een toename van de mate van atomaire oxidatie van de stof die het ondergaat. Dit fenomeen treedt op als gevolg van de overdracht van elektronen van het ene atoom (reductant en donor) naar het tweede (acceptor en oxidator).
Deze terminologische eenheid werd aan het begin van de 19e eeuw in de scheikunde geïntroduceerd en de academicus V. M. Severgin om een aanduiding te maken die de interactie van stoffen met zuurstof uit atmosferische lucht aangeeft.
In sommige gevallen gaat de oxidatie van een molecuul gepaard met het ontstaan van instabiliteit in de structuur van de stof en leidt het tot verval in moleculen met grotere stabiliteit en kleine afmetingen. Het feit is dat dit proces kan worden herhaald op verschillende niveaus van malen. Dat wil zeggen, het kleinere gevormde deeltje kan ook:hebben een hogere oxidatiegraad dan de atoomdeeltjes die oorspronkelijk in dezelfde stof zaten, maar groter en stabieler.
In de chemie bestaat het concept van de laagste en hoogste graad van oxidatie. Dit stelt ons in staat om atomen te classificeren op basis van hun vermogen om deze eigenschap te vertonen. De hoogste oxidatietoestand komt overeen met het nummer van de groep waarin het element zich bevindt. De laagste graad wordt in de regel bepaald door de overeenstemming van een even en een oneven getal: de hoogste 8=de laagste 2, de hoogste 7=de laagste 1.
Verbranding
Verbranding is een oxidatieproces. In atmosferische lucht (evenals in een omgeving van zuivere zuurstof) kunnen ze worden geoxideerd in de vorm van verbranding. Als voorbeeld kunnen verschillende stoffen dienen: de eenvoudigste elementen van stoffen van metalen en niet-metalen, anorganische en organische verbindingen. De meest praktisch belangrijke is echter de brandbare stof (brandstof), waaronder de natuurlijke reserves van olie, gassen, steenkool, turf, enz. Meestal vormen ze een complex mengsel van koolwaterstoffen met een kleine hoeveelheid zuurstof, zwavel, stikstofhoudende organische verbindingen, evenals sporeninsluitsels van andere elementen.
Biologische oxidatie
In de biologie zijn oxidatiereacties processen die samen convergeren naar een verandering in de oxidatietoestand van de atomen die bij de reactie betrokken zijn, en dit gebeurt door de elektronische verdeling tussen de op elkaar inwerkende componenten.
De eerste veronderstelling is dat in alle levende organismen de meest complexe chemie. reactie, werd naar voren gebracht in de achttiendeeeuw. De Franse chemicus A. Lavoisier bestudeerde het probleem. Hij vestigde de aandacht op het feit dat het verloop van verbranding en oxidatie in de biologie op elkaar lijken.
Wetenschappers hebben een studie gemaakt van het pad van zuurstof dat door een levend wezen werd opgenomen door te ademen. Ze meldden dat deze oxidatieprocessen vergelijkbare processen zijn die met verschillende snelheden plaatsvinden. Hij vestigde de aandacht op het afbraakproces dat, zoals later bleek, gebaseerd is op het fenomeen van de interactie van een zuurstofmolecuul (oxidatiemiddel) met een organische stof die koolstof- en/of waterstofatomen bevat. Als gevolg van ontbinding vindt er een absolute transformatie van materie plaats.
Er waren momenten van het proces die wetenschappers niet volledig konden begrijpen, inclusief vragen:
- Om welke reden wordt oxidatie alleen bij hoge temperatuur uitgevoerd onder omstandigheden van lage lichaamstemperatuur, ondanks de aanwezigheid buiten het lichaam.
- Om welke reden zijn oxidatiereacties verschijnselen die niet gepaard gaan met het vrijkomen van een vlam, evenals het vrijkomen van enorme hoeveelheden energie.
- Hoe is de "verbranding" van het nutriëntenbereik van stoffen in het lichaam, als het voor 80% (ongeveer) uit vloeibaar water bestaat H2O.
Soorten biologische oxidatie
Volgens de omstandigheden van de omgeving waarin oxidatie plaatsvindt, is het verdeeld in twee soorten. De meeste schimmels en micro-organismen verkrijgen energiebronnen door voedingsstoffen om te zetten via een anaëroob proces. Deze reactievindt plaats zonder toegang tot moleculaire zuurstof en wordt ook wel glycolyse genoemd.
Een complexere manier om voedingsstoffen om te zetten is de aerobe vorm van biologische oxidatie of weefselademhaling. Het gebrek aan zuurstof zorgt ervoor dat de cellen niet oxideren voor energie en ze sterven.
Energie verkrijgen door een levend organisme
In de biologie is oxidatie een fenomeen met meerdere componenten:
- Glycolyse is het beginstadium van heterotrofe organismen, waarbij monosachariden worden gesplitst zonder zuurstof, en het gaat vooraf aan het begin van het proces van cellulaire ademhaling.
- Pyruvaatoxidatie - omzetting van pyrodruivenzuren in acetylco-enzym. Deze reacties zijn alleen mogelijk met de deelname van pyruvaatdehydrogenase-enzymcomplexen.
- Het ontledingsproces van bèta-vetzuren is een fenomeen dat parallel loopt met de oxidatie van pyruvaat, met als doel de verwerking van elk vetzuur tot acetylco-enzym. Verder wordt deze stof aan de tricarbonzuurcyclus geleverd.
- Krebs-cyclus - de omzetting van acetylco-enzym in citroenzuur en verdere blootstelling aan daaropvolgende transformatie (verschijnselen van dehydrogenering, decarboxylering en regeneratie).
- Oxidatieve fosforylering is de laatste stap in de transformatie waarbij een eukaryoot organisme adenosinedifosfaat omzet in adenosinetrifosforzuren.
Hieruit volgt dat oxidatie een proces is waarbij:
- fenomeenverwijdering van waterstof uit het substraat, dat oxidatie ondergaat (dehydrogenering);
- substraatelektronenterugslagfenomeen;
- het fenomeen van de toevoeging van een zuurstofmolecuul aan een substraat.
Reactie over metalen
Oxidatie van een metaal is een reactie waarbij door de interactie van een element uit de groep van metalen en O2, oxiden (oxiden) worden gevormd.
In brede zin, een reactie waarbij een atoom een elektron verliest en verschillende verbindingen creëert, bijvoorbeeld stoffen van chloriden, sulfiden, enz. In de natuurlijke staat kunnen metalen meestal alleen volledig geoxideerd zijn staat (in de vorm van erts). Het is om deze reden dat het oxidatieproces wordt gepresenteerd als een reductiereactie van verschillende componenten van de verbinding. Praktisch gebruikte stoffen van metalen en hun legeringen, wanneer ze in wisselwerking staan met de omgeving, oxideren ze geleidelijk - ze ondergaan corrosie. Metaaloxidatieprocessen treden op als gevolg van thermodynamische en kinetische factoren.
Valentie en oxidatie
De oxidatietoestand is de valentie. Er is echter enig verschil tussen hen. Het feit is dat de valentie van chem. element mens bepa alt het vermogen van een atoom om een bepaald aantal chemische bindingen aan te gaan met andere soorten atomen. Dit komt door de aanwezigheid van verschillende soorten atomen, respectievelijk verschillende mogelijkheden om een relatie te creëren. Valentie kan echter alleen in een covalente verbinding zijn en wordt gevormd door de vorming van een gemeenschappelijk elektronenpaar tussen atomen. Rangoxidatie, in tegenstelling tot valentie, is de mate van voorwaardelijke lading die een atoom van een stof bezit. Het kan positief "+", nul "0" en negatief "-" zijn. Ook suggereert de oxidatietoestand dat alle bindingen in een stof ionisch zijn.
Reactie over water
Meer dan twee miljard jaar geleden namen plantenorganismen een van de belangrijkste stappen naar het begin van de evolutie. Het proces van fotosynthese begon vorm te krijgen. Aanvankelijk werden echter alleen gereduceerde stoffen van het waterstofsulfide-type aan foto-oxidatie onderworpen, die in extreem kleine afmetingen op aarde aanwezig waren. Wateroxidatie is een proces waarbij een aanzienlijke hoeveelheid moleculaire zuurstof in de atmosfeer wordt gebracht. Hierdoor konden bio-energetische processen naar een nieuw aeroob niveau gaan. Hetzelfde fenomeen maakte de vorming mogelijk van een ozonschild dat het leven op aarde beschermt.
