في هذه المقالة سننظر في ظاهرة الأكسدة. هذا مفهوم متعدد المكونات يظهر في مختلف مجالات العلوم ، مثل علم الأحياء والكيمياء. سنتعرف أيضًا على تنوع هذه العملية وجوهرها.
مقدمة
من وجهة النظر الأساسية والأصلية ، فإن الأكسدة هي عملية ذات طبيعة كيميائية تصاحبها زيادة في درجة الأكسدة الذرية للمادة التي تخضع لها. تحدث هذه الظاهرة بسبب انتقال الإلكترونات من ذرة واحدة (مختزل ومتبرع) إلى الثانية (متقبل ومؤكسد).
تم إدخال وحدة المصطلحات هذه في تداول الكيمياء في بداية القرن التاسع عشر ، وقد قام الأكاديمي V. M. Severgin لإنشاء تسمية تشير إلى تفاعل المواد مع الأكسجين من الهواء الجوي.
في بعض الحالات ، يصاحب أكسدة الجزيء خلق عدم استقرار في بنية المادة ويؤدي إلى تحللها إلى جزيئات ذات ثبات أكبر وأحجام صغيرة. الحقيقة هي أن هذه العملية يمكن أن تتكرر على عدة مستويات مختلفة من الطحن. وهذا يعني أن الجسيم الأصغر يمكن أن يتشكل أيضًالديها درجة أكسدة أعلى من الجزيئات الذرية التي كانت أصلية في نفس المادة ، لكنها أكبر وأكثر استقرارًا.
في الكيمياء يوجد مفهوم أدنى وأعلى درجة من الأكسدة. هذا يسمح لنا بتصنيف الذرات وفقًا لقدرتها على إظهار هذه الخاصية. تتوافق أعلى حالة أكسدة مع عدد المجموعة التي يوجد بها العنصر. يتم تحديد أدنى درجة ، كقاعدة عامة ، من خلال تطابق رقم زوجي وفردي: أعلى 8=أدنى 2 ، أعلى 7=الأدنى 1.
الاحتراق
الاحتراق هو عملية أكسدة. في الهواء الجوي (وكذلك في بيئة الأكسجين النقي) يمكن أن تتأكسد في شكل احتراق. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد كمثال: أبسط عناصر المواد من معادن وغير فلزية والمركبات غير العضوية والعضوية. ومع ذلك ، فإن الأكثر أهمية من الناحية العملية هي المادة القابلة للاحتراق (الوقود) ، ومن بينها الاحتياطيات الطبيعية من النفط والغازات والفحم والجفت ، وما إلى ذلك. غالبًا ما تتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات مع نسبة صغيرة من الأكسجين والكبريت ، المركبات العضوية المحتوية على النيتروجين ، وكذلك شوائب العناصر الأخرى.
الأكسدة البيولوجية
في علم الأحياء ، تفاعلات الأكسدة هي عمليات تتلاقى معًا لتغير في حالة أكسدة الذرات المشاركة في التفاعل ، وهذا يحدث بسبب التوزيع الإلكتروني بين المكونات المتفاعلة.
الافتراض الأول هو أن الكيمياء الأكثر تعقيدًا في جميع الكائنات الحية. رد الفعل ، تم طرحه في الثامن عشرقرن. درس الكيميائي الفرنسي أ. لافوازييه المشكلة. ولفت الانتباه إلى حقيقة أن مسار الاحتراق والأكسدة في علم الأحياء متشابهين.
قام العلماء بدراسة مسار الأكسجين الذي يمتصه كائن حي بسبب التنفس. وذكروا أن عمليات الأكسدة هذه هي عمليات متشابهة تحدث بمعدلات مختلفة. ولفت الانتباه إلى عملية التحلل ، والتي ، كما اتضح فيما بعد ، تقوم على ظاهرة تفاعل جزيء الأكسجين (عامل مؤكسد) مع مادة عضوية تشتمل على ذرات الكربون و / أو الهيدروجين. نتيجة التحلل يحدث تحول مطلق للمادة
كانت هناك لحظات من العملية لم يستطع العلماء فهمها بالكامل ، بما في ذلك الأسئلة:
- لماذا تتم عملية الأكسدة في ظل ظروف درجة حرارة الجسم المنخفضة بالرغم من وجودها خارج الجسم إلا عند درجة حرارة عالية.
- لأي سبب ، تعتبر تفاعلات الأكسدة ظواهر لا يصاحبها إطلاق لهب ، بالإضافة إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة المنبعثة.
- كيف يتم "حرق" مجموعة المواد الغذائية في الجسم ، إذا كانت 80٪ (تقريبًا) تتكون من سائل - ماء H2O.
أنواع الأكسدة البيولوجية
حسب ظروف البيئة التي تحدث فيها الأكسدة ، تنقسم إلى نوعين. تحصل معظم الفطريات والكائنات الدقيقة على موارد الطاقة عن طريق تحويل العناصر الغذائية من خلال عملية لاهوائية. هذا رد الفعليحدث دون الوصول إلى الأكسجين الجزيئي ، ويسمى أيضًا تحلل السكر.
طريقة أكثر تعقيدًا لتحويل العناصر الغذائية هي الشكل الهوائي للأكسدة البيولوجية أو تنفس الأنسجة. يؤدي نقص الأكسجين إلى فشل الخلايا في التأكسد للحصول على الطاقة وتموت.
الحصول على الطاقة من كائن حي
في علم الأحياء ، الأكسدة هي ظاهرة متعددة المكونات:
- تحلل السكر هو المرحلة الأولية من الكائنات غيرية التغذية ، والتي يتم خلالها شق السكريات الأحادية بدون أكسجين ، وتسبق بدء عملية التنفس الخلوي.
- أكسدة بيروفات - تحويل أحماض البيروفيك إلى أسيتيل كونزيم. هذه التفاعلات ممكنة فقط بمشاركة معقدات إنزيم نازعة هيدروجين البيروفات.
- عملية تحلل الأحماض الدهنية بيتا هي ظاهرة تتم بالتوازي مع أكسدة البيروفات ، والغرض منها هو معالجة كل حمض دهني إلى أسيتيل أنزيم. علاوة على ذلك ، يتم توفير هذه المادة لدورة حمض الكربوكسيل
- دورة كريبس - تحويل أسيتيل كو إنزيم إلى أحماض الستريك والمزيد من التعرض للتحول اللاحق (ظاهرة نزع الهيدروجين ، نزع الكربوكسيل والتجديد).
- الفسفرة المؤكسدة هي الخطوة الأخيرة في التحول الذي يقوم فيه كائن حقيقي النواة بتحويل ثنائي فوسفات الأدينوزين إلى أحماض أدينوزين ثلاثي الفوسفوريك.
ويترتب على ذلك أن الأكسدة هي عملية تشمل:
- ظاهرةإزالة الهيدروجين من الركيزة ، التي تخضع للأكسدة (نزع الهيدروجين) ؛
- ظاهرة ارتداد الركيزة الإلكترونية ؛
- ظاهرة إضافة جزيء الأكسجين إلى الركيزة
رد فعل على المعادن
أكسدة المعدن تفاعل يتم خلاله تكوين أكاسيد (أكاسيد) من خلال تفاعل عنصر من مجموعة المعادن و O2.
بالمعنى الواسع ، التفاعل الذي تفقد فيه الذرة إلكترونًا وتنتج مركبات مختلفة ، على سبيل المثال ، مواد الكلوريدات والكبريتيدات وما إلى ذلك. دولة (في شكل خام). ولهذا السبب يتم تقديم عملية الأكسدة كتفاعل اختزال لمكونات مختلفة للمركب. المواد المستخدمة عمليا من المعادن وسبائكها ، عند التفاعل مع البيئة ، تتأكسد تدريجيا - تتعرض للتآكل. تحدث عمليات أكسدة المعادن بسبب العوامل الديناميكية الحرارية والحركية.
التكافؤ والأكسدة
حالة الأكسدة هي التكافؤ. ومع ذلك ، هناك بعض الاختلاف بينهما. الحقيقة هي أن تكافؤ الكيمياء. يحدد رجل العنصر قدرة الذرة على إنشاء عدد معين من الروابط الكيميائية مع أنواع أخرى من الذرات. هذا يرجع إلى وجود أنواع مختلفة من الذرة ، على التوالي ، قدرة مختلفة على إنشاء علاقة. ومع ذلك ، لا يمكن أن يكون التكافؤ إلا في مركب تساهمي ويتكون بسبب تكوين زوج إلكترون مشترك بين الذرات. الدرجة العلميةالأكسدة ، على عكس التكافؤ ، هي درجة الشحنة الشرطية التي تمتلكها ذرة مادة ما. يمكن أن تكون موجبة "+" ، وصفر "0" وسلبية "-". أيضًا ، تشير حالة الأكسدة إلى أن جميع الروابط في مادة أيونية.
رد فعل على الماء
منذ أكثر من ملياري عام ، اتخذت الكائنات النباتية واحدة من أهم الخطوات نحو بداية التطور. بدأت عملية التمثيل الضوئي في التبلور. ومع ذلك ، في البداية فقط المواد المختزلة من نوع كبريتيد الهيدروجين تعرضت للأكسدة الضوئية ، والتي كانت موجودة على الأرض بأحجام صغيرة للغاية. أكسدة الماء هي عملية أدخلت كمية كبيرة من الأكسجين الجزيئي في الغلاف الجوي. سمح هذا لعمليات الطاقة الحيوية بالانتقال إلى مستوى هوائي جديد. الظاهرة نفسها سمحت بتشكيل درع الأوزون الذي يحمي الحياة على الأرض.
