Այս հոդվածում մենք կքննարկենք օքսիդացման երևույթը: Սա բազմաբաղադրիչ հասկացություն է, որն ի հայտ է գալիս գիտության տարբեր ոլորտներում, ինչպիսիք են կենսաբանությունը և քիմիան: Կծանոթանանք նաև այս գործընթացի բազմազանությանը և էությանը։
Ներածություն
Հիմնական և սկզբնական տեսակետից օքսիդացումը քիմիական բնույթի գործընթաց է, որն ուղեկցվում է դրան ենթարկվող նյութի ատոմային օքսիդացման աստիճանի բարձրացմամբ։ Այս երևույթը տեղի է ունենում էլեկտրոնների մեկ ատոմից (վերականգնող և դոնոր) երկրորդ (ընդունող և օքսիդիչ) փոխանցման պատճառով:
Այս տերմինաբանական միավորը ներմուծվել է քիմիայի շրջանառության մեջ 19-րդ դարի սկզբին, և ակադեմիկոս Վ. Մ. Սեվերգինը ստեղծելու նշում, որը ցույց է տալիս նյութերի փոխազդեցությունը մթնոլորտային օդի թթվածնի հետ:
Որոշ դեպքերում մոլեկուլի օքսիդացումն ուղեկցվում է նյութի կառուցվածքում անկայունության ստեղծմամբ և հանգեցնում է ավելի մեծ կայունությամբ և փոքր չափերով մոլեկուլների քայքայմանը։ Փաստն այն է, որ այս գործընթացը կարող է կրկնվել մանրացման մի քանի տարբեր մակարդակներում: Այսինքն՝ ձևավորված ավելի փոքր մասնիկը նույնպես կարող էունեն օքսիդացման ավելի բարձր աստիճան, քան ատոմային մասնիկները, որոնք սկզբնականն էին նույն նյութում, բայց ավելի մեծ և կայուն:
Քիմիայում գոյություն ունի օքսիդացման ամենացածր և ամենաբարձր աստիճանի հասկացությունը: Սա մեզ թույլ է տալիս դասակարգել ատոմները՝ ըստ այդ հատկությունը դրսևորելու նրանց կարողության: Օքսիդացման ամենաբարձր վիճակը համապատասխանում է այն խմբի թվին, որում գտնվում է տարրը: Ամենացածր աստիճանը, որպես կանոն, որոշվում է զույգ և կենտ թվի համապատասխանությամբ՝ ամենաբարձր 8=ամենացածր 2, ամենաբարձր 7=ամենացածր 1։
Այրում
Այրումը օքսիդացման գործընթաց է: Մթնոլորտային օդում (ինչպես նաև մաքուր թթվածնի միջավայրում) դրանք կարող են օքսիդանալ այրման ձևով։ Որպես օրինակ կարող են ծառայել մի շարք նյութեր՝ մետաղների և ոչ մետաղների, անօրգանական և օրգանական միացությունների նյութերի ամենապարզ տարրերը։ Այնուամենայնիվ, գործնականում ամենակարևորը այրվող նյութն է (վառելիքը), որոնց թվում են նավթի, գազերի, ածխի, տորֆի և այլնի բնական պաշարները: Ամենից հաճախ դրանք առաջանում են ածխաջրածինների բարդ խառնուրդից՝ թթվածնի, ծծմբի փոքր մասնաբաժնով, ազոտ պարունակող օրգանական միացություններ, ինչպես նաև այլ տարրերի հետագծային ընդգրկումներ։
Կենսաբանական օքսիդացում
Կենսաբանության մեջ օքսիդացման ռեակցիաները գործընթացներ են, որոնք միասին համընկնում են ռեակցիայի մեջ ներգրավված ատոմների օքսիդացման վիճակի փոփոխության, և դա տեղի է ունենում փոխազդող բաղադրիչների միջև էլեկտրոնային բաշխման շնորհիվ:
Առաջին ենթադրությունն այն է, որ բոլոր կենդանի օրգանիզմներում ամենաբարդ քիմ. արձագանքը, առաջ է քաշվել տասնութերորդդարում։ Խնդիրն ուսումնասիրել է ֆրանսիացի քիմիկոս Ա. Լավուազեն։ Նա ուշադրություն հրավիրեց այն փաստի վրա, որ կենսաբանության մեջ այրման և օքսիդացման ընթացքը նման են միմյանց։
Գիտնականները ուսումնասիրել են թթվածնի ուղին, որը շնչառության շնորհիվ կլանվել է կենդանի էակի կողմից: Նրանք հայտնել են, որ այս օքսիդացման գործընթացները նման գործընթացներ են, որոնք տեղի են ունենում տարբեր արագությամբ: Նա ուշադրություն հրավիրեց տարրալուծման գործընթացին, որը, ինչպես պարզվեց, հիմնված է թթվածնի մոլեկուլի (օքսիդացնող նյութի) փոխազդեցության ֆենոմենի վրա օրգանական նյութի հետ, որը ներառում է ածխածնի և/կամ ջրածնի ատոմներ։ Քայքայման արդյունքում տեղի է ունենում նյութի բացարձակ փոխակերպում։
Գործընթացի պահեր կային, որոնք գիտնականները չկարողացան լիովին հասկանալ, այդ թվում՝ հարցեր.
- Ինչ պատճառով է օքսիդացումն իրականացվում մարմնի ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում, չնայած դրա առկայությանը մարմնից դուրս, միայն բարձր ջերմաստիճանում։
- Ինչ պատճառով են օքսիդացման ռեակցիաները երևույթներ, որոնք չեն ուղեկցվում բոցի արձակմամբ, ինչպես նաև արտազատվող էներգիայի հսկայական արտազատմամբ:
- Ինչպե՞ս է «այրվում» օրգանիզմում նյութերի սնուցման տիրույթը, եթե այն 80%-ով (մոտավորապես) բաղկացած է հեղուկից՝ ջրից H2O.
Կենսաբանական օքսիդացման տեսակները
Ըստ միջավայրի պայմանների, որտեղ տեղի է ունենում օքսիդացում, այն բաժանվում է երկու տեսակի. Սնկերի և միկրոօրգանիզմների մեծ մասը էներգիայի ռեսուրսներ է ստանում՝ սննդանյութերը անաէրոբ գործընթացի միջոցով փոխակերպելով: Այս արձագանքըտեղի է ունենում առանց մոլեկուլային թթվածնի հասանելիության և կոչվում է նաև գլիկոլիզ։
Սնուցիչների փոխակերպման ավելի բարդ եղանակը կենսաբանական օքսիդացման կամ հյուսվածքային շնչառության աերոբ ձևն է: Թթվածնի պակասը հանգեցնում է նրան, որ բջիջները չեն կարողանում օքսիդանալ էներգիա ստանալու համար, և նրանք մահանում են:
Կենդանի օրգանիզմի կողմից էներգիա ստանալ
Կենսաբանության մեջ օքսիդացումը բազմաբաղադրիչ երեւույթ է.
- Գլիկոլիզը հետերոտրոֆ օրգանիզմների սկզբնական փուլն է, որի ընթացքում մոնոսաքարիդները ճեղքվում են առանց թթվածնի և այն նախորդում է բջջային շնչառության գործընթացի մեկնարկին։
- Պիրուվատի օքսիդացում - պիրուվիկ թթուների փոխակերպում ացետիլկոէնզիմի: Այս ռեակցիաները հնարավոր են միայն պիրուվատդեհիդրոգենազի ֆերմենտային համալիրների մասնակցությամբ։
- Բետա-ճարպաթթուների տարրալուծման գործընթացը պիրուվատի օքսիդացմանը զուգահեռ իրականացվող երեւույթ է, որի նպատակն է յուրաքանչյուր ճարպաթթվի վերամշակումը ացետիլկոէնզիմի։ Ավելին, այս նյութը մատակարարվում է եռաքարբոքսիլաթթվի ցիկլին:
- Կրեբսի ցիկլ - ացետիլկոէնզիմի փոխակերպում կիտրոնաթթուների և հետագա փոխակերպման հետագա ազդեցությունը (ջրազրկման, դեկարբոքսիլացման և վերածնման երևույթներ):
- Օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացումը վերափոխման վերջին քայլն է, երբ էուկարիոտ օրգանիզմը ադենոզին դիֆոսֆատը փոխակերպում է ադենոզինտրիֆոսֆորական թթուների:
Սրանից հետևում է, որ օքսիդացումը գործընթաց է, որը ներառում է.
- երևույթջրածնի հեռացում ենթաշերտից, որը ենթարկվում է օքսիդացման (ջրազրկում);
- ենթաշերտի էլեկտրոնների հետադարձ երևույթ;
- թթվածնի մոլեկուլի ավելացման երևույթը սուբստրատին։
Արձագանք մետաղների նկատմամբ
Մետաղի օքսիդացումն այն ռեակցիան է, որի ընթացքում մետաղների և O2 խմբի տարրի փոխազդեցության արդյունքում առաջանում են օքսիդներ (օքսիդներ):
Լայն իմաստով, ռեակցիա, որի ժամանակ ատոմը կորցնում է էլեկտրոնը և ստեղծում տարբեր միացություններ, օրինակ՝ քլորիդների, սուլֆիդների և այլն: Բնական վիճակում մետաղները հաճախ կարող են լինել միայն ամբողջովին օքսիդացված: պետություն (հանքաքարի տեսքով). Հենց այս պատճառով է, որ օքսիդացման գործընթացը ներկայացվում է որպես միացության տարբեր բաղադրիչների վերականգնողական ռեակցիա։ Մետաղների և դրանց համաձուլվածքների գործնականում օգտագործվող նյութերը շրջակա միջավայրի հետ շփվելիս աստիճանաբար օքսիդանում են՝ ենթարկվում են կոռոզիայի։ Մետաղների օքսիդացման գործընթացները տեղի են ունենում թերմոդինամիկ և կինետիկ գործոնների պատճառով:
Վալենտություն և օքսիդացում
Օքսիդացման վիճակը վալենտությունն է: Այնուամենայնիվ, նրանց միջև որոշակի տարբերություն կա. Փաստն այն է, որ վալենտականությունը քիմ. մարդ տարրը որոշում է ատոմի կարողությունը որոշակի քանակությամբ քիմիական կապեր հաստատելու այլ տեսակի ատոմների հետ: Դա պայմանավորված է տարբեր տեսակի ատոմների առկայությամբ, համապատասխանաբար, հարաբերություններ ստեղծելու տարբեր ունակությամբ: Այնուամենայնիվ, վալենտությունը կարող է լինել միայն կովալենտային միացության մեջ և ձևավորվում է ատոմների միջև ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի ստեղծման շնորհիվ: Աստիճանօքսիդացումը, ի տարբերություն վալենտության, պայմանական լիցքի աստիճանն է, որն ունի նյութի ատոմը։ Այն կարող է լինել դրական «+», զրո «0» և բացասական «-»: Բացի այդ, օքսիդացման վիճակը ցույց է տալիս, որ նյութի բոլոր կապերը իոնային են:
Արձագանք ջրի նկատմամբ
Ավելի քան երկու միլիարդ տարի առաջ բույսերի օրգանիզմները կատարեցին էվոլյուցիայի սկզբի ամենակարևոր քայլերից մեկը: Ֆոտոսինթեզի գործընթացը սկսեց ձևավորվել։ Այնուամենայնիվ, սկզբում միայն ջրածնի սուլֆիդային տիպի կրճատված նյութերն էին ենթարկվում ֆոտոօքսիդացման, որոնք երկրի վրա առկա էին չափազանց փոքր չափերով: Ջրի օքսիդացումը մի գործընթաց է, որը մթնոլորտ է ներմուծել զգալի քանակությամբ մոլեկուլային թթվածին: Սա թույլ տվեց բիոէներգետիկ գործընթացներին անցնել նոր աերոբիկ մակարդակի: Նույն երևույթը թույլ է տվել օզոնային վահան ձևավորել, որը պաշտպանում է կյանքը Երկրի վրա։
