In questo articolo considereremo il fenomeno dell'ossidazione. Questo è un concetto multicomponente che appare in vari campi della scienza, come la biologia e la chimica. Conosceremo anche la varietà di questo processo e la sua essenza.
Introduzione
Dal punto di vista di base e originale, l'ossidazione è un processo di natura chimica, a cui si accompagna un aumento del grado di ossidazione atomica della sostanza che la subisce. Questo fenomeno si verifica a causa del trasferimento di elettroni da un atomo (riducente e donatore) al secondo (accettore e ossidante).
Questa unità terminologica fu introdotta nella circolazione della chimica all'inizio del XIX secolo, e l'Accademico V. M. Severgin per creare una designazione che indichi l'interazione di sostanze con l'ossigeno dell'aria atmosferica.
In alcuni casi, l'ossidazione di una molecola è accompagnata dalla creazione di instabilità nella struttura della sostanza e porta al suo decadimento in molecole con maggiore stabilità e piccole dimensioni. Il fatto è che questo processo può essere ripetuto a diversi livelli di macinazione. Cioè, può anche la particella più piccola formatahanno un grado di ossidazione maggiore rispetto alle particelle atomiche che erano le originarie nella stessa sostanza, ma più grandi e più stabili.
In chimica c'è il concetto del grado di ossidazione più basso e più alto. Questo ci permette di classificare gli atomi in base alla loro capacità di esibire questa proprietà. Lo stato di ossidazione più alto corrisponde al numero del gruppo in cui si trova l'elemento. Il grado più basso, di regola, è determinato dalla corrispondenza di un numero pari e dispari: il più alto 8=il più basso 2, il più alto 7=il più basso 1.
Combustione
La combustione è un processo di ossidazione. Nell'aria atmosferica (così come in un ambiente di ossigeno puro) possono essere ossidati sotto forma di combustione. Una varietà di sostanze può servire da esempio: gli elementi più semplici di sostanze di metalli e non metalli, composti inorganici e organici. Tuttavia, la più praticamente significativa è la sostanza combustibile (combustibile), tra cui le riserve naturali di petrolio, gas, carbone, torba, ecc. Molto spesso si formano da una complessa miscela di idrocarburi con una piccola percentuale di ossigeno, zolfo, composti organici contenenti azoto, nonché tracce di inclusioni di altri elementi.
Ossidazione biologica
In biologia, le reazioni di ossidazione sono processi che insieme convergono a un cambiamento nello stato di ossidazione degli atomi coinvolti nella reazione, e questo avviene a causa della distribuzione elettronica tra i componenti interagenti.
Il primo presupposto è che in tutti gli organismi viventi la sostanza chimica più complessa. reazione, è stata avanzata nel diciottesimosecolo. Il chimico francese A. Lavoisier studiò il problema. Ha richiamato l'attenzione sul fatto che il corso della combustione e dell'ossidazione in biologia sono simili tra loro.
Gli scienziati hanno studiato il percorso dell'ossigeno che è stato assorbito da un essere vivente a causa della respirazione. Hanno riferito che questi processi di ossidazione sono processi simili che si verificano a velocità diverse. Ha richiamato l'attenzione sul processo di decomposizione, che, come si è scoperto, si basa sul fenomeno dell'interazione di una molecola di ossigeno (agente ossidante) con una sostanza organica che include atomi di carbonio e/o idrogeno. Come risultato della decomposizione, avviene una trasformazione assoluta della materia.
Ci sono stati momenti del processo che gli scienziati non sono riusciti a comprendere appieno, comprese le domande:
- Per quale motivo l'ossidazione avviene in condizioni di bassa temperatura corporea, nonostante la sua presenza all'esterno del corpo, solo ad alta temperatura.
- Per quale motivo, le reazioni di ossidazione sono fenomeni che non sono accompagnati dal rilascio di una fiamma, così come da enormi rilasci di energia rilasciata.
- Come avviene il "bruciore" della gamma di sostanze nutritive nel corpo, se è composta per l'80% (circa) da liquido - acqua H2O.
Tipi di ossidazione biologica
A seconda delle condizioni dell'ambiente in cui si verifica l'ossidazione, si divide in due tipi. La maggior parte dei funghi e dei microrganismi ottiene risorse energetiche convertendo i nutrienti attraverso un processo anaerobico. Questa reazionesi verifica senza accesso all'ossigeno molecolare ed è anche chiamato glicolisi.
Un modo più complesso di convertire i nutrienti è la forma aerobica di ossidazione biologica o respirazione tissutale. La mancanza di ossigeno fa sì che le cellule non si ossidino per produrre energia e muoiono.
Come ottenere energia da un organismo vivente
In biologia, l'ossidazione è un fenomeno multicomponente:
- La glicolisi è la fase iniziale degli organismi eterotrofi, durante la quale i monosaccaridi vengono scissi senza ossigeno e precede l'inizio del processo di respirazione cellulare.
- Ossidazione del piruvato - conversione degli acidi piruvici in acetilcoenzima. Queste reazioni sono possibili solo con la partecipazione dei complessi enzimatici della piruvato deidrogenasi.
- Il processo di decomposizione degli acidi grassi beta è un fenomeno svolto in parallelo con l'ossidazione del piruvato, il cui scopo è la trasformazione di ciascun acido grasso in acetilcoenzima. Inoltre, questa sostanza viene fornita al ciclo dell'acido tricarbossilico.
- Ciclo di Krebs - la conversione dell'acetilcoenzima in acidi citrici e l'ulteriore esposizione alla successiva trasformazione (fenomeni di deidrogenazione, decarbossilazione e rigenerazione).
- La fosforilazione ossidativa è l'ultimo passaggio nella trasformazione in cui un organismo eucariotico converte l'adenosina difosfato in acidi adenosina trifosforici.
Ne consegue che l'ossidazione è un processo che coinvolge:
- fenomenorimozione dell'idrogeno dal substrato, che subisce l'ossidazione (deidrogenazione);
- fenomeno di rinculo degli elettroni del substrato;
- il fenomeno dell'aggiunta di una molecola di ossigeno a un substrato.
Reazione sui metalli
L'ossidazione di un metallo è una reazione durante la quale, attraverso l'interazione di un elemento del gruppo di metalli e O2, si formano ossidi (ossidi).
In senso lato, una reazione in cui un atomo perde un elettrone e crea vari composti, ad esempio sostanze di cloruri, solfuri, ecc. Allo stato naturale, molto spesso i metalli possono essere solo completamente ossidati stato (sotto forma di minerale). È per questo motivo che il processo di ossidazione si presenta come una reazione di riduzione di vari componenti del composto. Sostanze di metalli e loro leghe praticamente utilizzate, quando interagiscono con l'ambiente, si ossidano gradualmente - subiscono corrosione. I processi di ossidazione dei metalli si verificano a causa di fattori termodinamici e cinetici.
Valenza e ossidazione
Lo stato di ossidazione è la valenza. Tuttavia, c'è una certa differenza tra loro. Il fatto è che la valenza della chimica. l'elemento uomo determina la capacità di un atomo di stabilire un certo numero di legami chimici con altri tipi di atomi. Ciò è dovuto alla presenza di diversi tipi di atomo, rispettivamente, alla diversa capacità di creare una relazione. Tuttavia, la valenza può essere solo in un composto covalente e si forma a causa della creazione di una coppia di elettroni comune tra gli atomi. Livellol'ossidazione, in contrasto con la valenza, è il grado di carica condizionale che possiede un atomo di una sostanza. Può essere positivo "+", zero "0" e negativo "-". Inoltre, lo stato di ossidazione suggerisce che tutti i legami in una sostanza sono ionici.
Reazione sull'acqua
Più di due miliardi di anni fa, gli organismi vegetali fecero uno dei passi più importanti verso l'inizio dell'evoluzione. Il processo di fotosintesi iniziò a prendere forma. Tuttavia, inizialmente solo le sostanze ridotte del tipo idrogeno solforato erano soggette a fotoossidazione, che erano presenti sulla terra in dimensioni estremamente ridotte. L'ossidazione dell'acqua è un processo che introduce una quantità significativa di ossigeno molecolare nell'atmosfera. Ciò ha consentito ai processi bioenergetici di passare a un nuovo livello aerobico. Lo stesso fenomeno ha permesso la formazione di uno scudo di ozono che protegge la vita sulla Terra.
