در این مقاله به پدیده اکسیداسیون می پردازیم. این یک مفهوم چند جزئی است که در زمینه های مختلف علوم مانند زیست شناسی و شیمی ظاهر می شود. همچنین با تنوع این فرآیند و ماهیت آن آشنا خواهیم شد.
مقدمه
از دیدگاه اولیه و اصلی، اکسیداسیون فرآیندی شیمیایی است که با افزایش درجه اکسیداسیون اتمی ماده ای که تحت آن قرار می گیرد، همراه است. این پدیده به دلیل انتقال الکترون از یک اتم (کاهنده و دهنده) به اتم دوم (گیرنده و اکسید کننده) رخ می دهد.
این واحد اصطلاحی در آغاز قرن نوزدهم وارد گردش علمی شیمی شد و آکادمیک V. M. Severgin برای ایجاد نامی که نشان دهنده برهمکنش مواد با اکسیژن هوای اتمسفر است.
در برخی موارد، اکسیداسیون یک مولکول با ایجاد ناپایداری در ساختار ماده همراه است و منجر به تجزیه آن به مولکول هایی با ثبات بیشتر و اندازه های کوچک می شود. واقعیت این است که این فرآیند می تواند در چندین سطح مختلف آسیاب تکرار شود. یعنی ذره کوچکتر تشکیل شده نیز می توانددرجه اکسیداسیون بالاتری نسبت به ذرات اتمی دارند که در همان ماده اولیه بودند، اما بزرگتر و پایدارتر.
در شیمی مفهوم کمترین و بالاترین درجه اکسیداسیون وجود دارد. این به ما امکان می دهد اتم ها را بر اساس توانایی آنها در نشان دادن این ویژگی طبقه بندی کنیم. بالاترین حالت اکسیداسیون مربوط به تعداد گروهی است که عنصر در آن قرار دارد. کمترین درجه، معمولاً با مطابقت یک عدد زوج و فرد تعیین می شود: بالاترین 8=کمترین 2، بالاترین 7=کمترین 1.
احتراق
احتراق یک فرآیند اکسیداسیون است. در هوای اتمسفر (و همچنین در محیطی با اکسیژن خالص) می توان آنها را به شکل احتراق اکسید کرد. انواع مختلفی از مواد می توانند به عنوان مثال استفاده شوند: ساده ترین عناصر مواد فلزی و غیر فلزی، ترکیبات معدنی و آلی. با این حال، از نظر عملی مهم ترین ماده قابل احتراق (سوخت) است که در میان آنها ذخایر طبیعی نفت، گازها، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس و غیره است. اغلب آنها از مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن ها با نسبت کمی از اکسیژن، گوگرد تشکیل می شوند. ترکیبات آلی حاوی نیتروژن، و همچنین اجزای کمیاب از عناصر دیگر.
اکسیداسیون بیولوژیکی
در زیست‌شناسی، واکنش‌های اکسیداسیون فرآیندهایی هستند که با هم به تغییر حالت اکسیداسیون اتم‌های درگیر در واکنش همگرا می‌شوند و این به دلیل توزیع الکترونیکی بین اجزای متقابل اتفاق می‌افتد.
فرض اول این است که در همه موجودات زنده پیچیده ترین شیمی. واکنش، در هجدهم مطرح شدقرن. شیمیدان فرانسوی A. Lavoisier این مسئله را مطالعه کرد. وی به این نکته توجه کرد که سیر احتراق و اکسیداسیون در زیست شناسی مشابه یکدیگر است.
دانشمندان در مورد مسیر اکسیژنی که توسط یک موجود زنده به دلیل تنفس جذب می شد، مطالعه کردند. آنها گزارش دادند که این فرآیندهای اکسیداسیون فرآیندهای مشابهی هستند که با سرعت های متفاوتی اتفاق می افتند. او توجه خود را به فرآیند تجزیه جلب کرد که همانطور که مشخص شد مبتنی بر پدیده برهمکنش یک مولکول اکسیژن (عامل اکسید کننده) با یک ماده آلی است که شامل اتم های کربن و / یا هیدروژن است. در نتیجه تجزیه، تبدیل مطلق ماده رخ می دهد.
لحظه هایی از فرآیند وجود داشت که دانشمندان نتوانستند به طور کامل آنها را درک کنند، از جمله سوالات:
- به چه دلیل اکسیداسیون در شرایط دمای پایین بدن، علیرغم وجود آن در خارج از بدن، فقط در دمای بالا انجام می شود.
- به چه دلیل، واکنش‌های اکسیداسیون پدیده‌هایی هستند که با آزاد شدن شعله و همچنین انتشار عظیم انرژی آزاد شده همراه نیستند.
- "سوزاندن" طیف مواد مغذی در بدن چگونه است، اگر 80٪ (تقریبا) از مایع - آب تشکیل شده باشد H2O.
انواع اکسیداسیون بیولوژیکی
با توجه به شرایط محیطی که اکسیداسیون در آن اتفاق می افتد، به دو نوع تقسیم می شود. اکثر قارچ ها و میکروارگانیسم ها منابع انرژی را از طریق تبدیل مواد مغذی از طریق یک فرآیند بی هوازی به دست می آورند. این واکنشبدون دسترسی به اکسیژن مولکولی رخ می دهد و گلیکولیز نیز نامیده می شود.
راه پیچیده تر برای تبدیل مواد مغذی، شکل هوازی اکسیداسیون بیولوژیکی یا تنفس بافتی است. کمبود اکسیژن باعث می‌شود سلول‌ها نتوانند برای انرژی اکسید شوند و می‌میرند.
دریافت انرژی توسط موجود زنده
در زیست شناسی، اکسیداسیون یک پدیده چند جزئی است:
- گلیکولیز مرحله اولیه ارگانیسم های هتروتروف است که طی آن مونوساکاریدها بدون اکسیژن شکافته می شوند و قبل از شروع فرآیند تنفس سلولی است.
- اکسیداسیون پیرووات - تبدیل اسیدهای پیروویک به استیل کوآنزیم. این واکنش ها تنها با مشارکت کمپلکس های آنزیمی پیروات دهیدروژناز امکان پذیر است.
- فرایند تجزیه اسیدهای چرب بتا پدیده ای است که به موازات اکسیداسیون پیرووات انجام می شود و هدف از آن تبدیل هر اسید چرب به استیل کوآنزیم است. علاوه بر این، این ماده به چرخه اسید تری کربوکسیلیک عرضه می شود.
- کربس - تبدیل استیل کوآنزیم به اسیدهای سیتریک و قرار گرفتن بیشتر در معرض تبدیل بعدی (پدیده های هیدروژن زدایی، کربوکسیلاسیون و بازسازی).
- فسفوریلاسیون اکسیداتیو آخرین مرحله در تبدیل است که در آن ارگانیسم یوکاریوتی آدنوزین دی فسفات را به اسیدهای آدنوزین تری فسفریک تبدیل می کند.
چرخه
نتیجه می شود که اکسیداسیون فرآیندی است که شامل:
- پدیدهحذف هیدروژن از بستر، که تحت اکسیداسیون (دهیدروژناسیون) قرار می گیرد؛
- پدیده پس زدگی الکترون بستر؛
- پدیده افزودن یک مولکول اکسیژن به یک بستر.
واکنش نسبت به فلزات
اکسیداسیون فلز واکنشی است که طی آن از برهمکنش عنصری از گروه فلزات و O2، اکسیدها (اکسیدها) تشکیل می شود.
در مفهوم گسترده، واکنشی است که در آن یک اتم یک الکترون را از دست می دهد و ترکیبات مختلفی ایجاد می کند، به عنوان مثال، مواد کلرید، سولفید و غیره. در حالت طبیعی، اغلب فلزات فقط می توانند کاملاً اکسید شوند. حالت (به شکل سنگ معدن). به همین دلیل است که فرآیند اکسیداسیون به عنوان یک واکنش کاهشی اجزای مختلف ترکیب ارائه می شود. مواد عملا مورد استفاده فلزات و آلیاژهای آنها، هنگام تعامل با محیط، به تدریج اکسید می شوند - آنها دچار خوردگی می شوند. فرآیندهای اکسیداسیون فلزات به دلیل عوامل ترمودینامیکی و جنبشی رخ می دهد.
ظرفیت و اکسیداسیون
حالت اکسیداسیون ظرفیت است. با این حال، تفاوت هایی بین آنها وجود دارد. واقعیت این است که ظرفیت شیمی. عنصر انسان توانایی یک اتم را برای ایجاد تعداد معینی پیوند شیمیایی با انواع دیگر اتم ها تعیین می کند. این به دلیل وجود انواع مختلف اتم، به ترتیب، توانایی متفاوت برای ایجاد رابطه است. با این حال، ظرفیت فقط می تواند در یک ترکیب کووالانسی باشد و به دلیل ایجاد یک جفت الکترون مشترک بین اتم ها تشکیل می شود. درجهاکسیداسیون، برخلاف ظرفیت، درجه بار مشروط یک اتم یک ماده است. می تواند مثبت "+"، صفر "0" و منفی "-" باشد. همچنین، حالت اکسیداسیون نشان می دهد که همه پیوندهای یک ماده یونی هستند.
واکنش بر روی آب
بیش از دو میلیارد سال پیش، موجودات گیاهی یکی از مهم ترین گام ها را به سوی آغاز تکامل برداشتند. فرآیند فتوسنتز شروع به شکل گیری کرد. با این حال، در ابتدا فقط مواد احیا شده از نوع سولفید هیدروژن در معرض فوتواکسیداسیون قرار گرفتند که در اندازه های بسیار کوچک روی زمین وجود داشت. اکسیداسیون آب فرآیندی است که مقدار قابل توجهی از اکسیژن مولکولی را وارد جو می کند. این به فرآیندهای بیوانرژیک اجازه داد تا به سطح هوازی جدیدی بروند. همین پدیده باعث تشکیل یک سپر ازن شد که از حیات روی زمین محافظت می کند.
