У даній статті ми розглянемо явище окислення. Це многосоставное поняття, яке фігурує в різних галузях науки, наприклад, біології і хімії. Також ми ознайомимося з різноманітністю даного процесу та його суттю.

Введення

З основної та початкової точки зору, окислення – це процес хімічного характеру, що супроводжується збільшенням ступеня атомарного окислення речовини, яка йому піддається. Це явище відбувається, завдяки передачі електронів від одного атома (відновника та донора) до другого (акцептора і окислювача).


Ця термінологічна одиниця була введена в обіг хімії на початку XIX століття, а зробив це академік В. М. Севергин для створення позначення, що вказує на взаємодія речовин з киснем з атмосферного повітря. У деяких випадках окислення молекули супроводжується створенням нестабільності в структурі речовини і призводить до його розпаду на молекули, що володіють більшою стабільністю і маленькими розмірами. Справа в тому, що даний процес може повторюватися на декількох різних рівнях подрібнення. Тобто, утворена більш маленька частинка може також володіти більш високим ступенем окислення, ніж атомарні частинки, що були вихідними в тому ж речовині, але більше і стабільніше. У хімії є поняття нижчої і вищої ступені окиснення. Це дозволяє класифікувати атоми по можливості їх проявляти дана властивість. Вища окислювальна ступінь відповідає номеру групи, в якому знаходиться елемент. Нижча ступінь, як правило, визначається за відповідністю парного і непарного числа: вища 8 = нижча 2 вища 7 = нижча 1.

Горіння

Горіння – це процес окислення. В атмосферному повітрі (а також в середовищі чистого кисню) можуть піддаватися окисленню у формі горіння. Прикладом можуть служити різноманітні речовини: найпростіші елементи речовин металів і неметалів, неорганічні і органічні сполуки. Проте найбільш практично значущою є горюча речовина (пальне), серед яких виділяють природні запаси нафти, газів, вугілля, торфу і т. д. Найчастіше вони утворюють зі складної суміші вуглеводнів з малою часткою кисню, сірки, азотовмісних сполук органічного типу, а також включеннями следового кількості інших елементів.

Біологічне окислення

В біології реакції окислення – це процеси, що в своїй сукупності сходяться до зміни ступеня окислення атомів, беруть участь у реакції, а відбувається це завдяки електронному розподілу між взаємодіючими компонентами. Перше припущення про те, що у всіх живих організмах протікають складні хім. реакції, було висунуто у вісімнадцятому сторіччі. Вивчав проблему хімік з Франції А. Лавуазьє. Він звернув увагу на те, що перебіг горіння і окислення в біології є схожими один з одним. Вченими було здійснено дослідження шляху кисню, що був поглинений живою істотою внаслідок дихання. Вони повідомили, що дані процеси окислення – це аналогічні процеси протікають з різною швидкістю. Він загострив увагу на процесі розкладання, в основі якого, як виявилося, лежить явище взаємодії молекули кисню (окислювача) з органічною речовиною, що включає в себе атоми вуглецю і/або водню. Внаслідок розкладання відбувається абсолютна трансформація речовини.
Залишалися моменти процесу, які вчені не могли до кінця зрозуміти, серед яких питання:

За якою причини здійснюється окислення в умовах низької температури тіла, незважаючи на його наявність поза організмом, тільки при високій температурі.

З якої причини реакції окислення – це явища, які не супроводжуються викидом полум'я, а також величезними викидами вивільненої енергії.

Як здійснюється «горіння» живильного ряду речовин в тілі, якщо воно на 80% (приблизно), складається з рідини – води H 2 O.

Види біологічного окислення

Згідно з умовами середовища, в якій відбувається окислення, його ділять на два види. Більшість грибків і мікроорганізмів енергетичні ресурси отримують шляхом перетворення поживної речовини допомогою анаеробного способу. Ця реакція відбувається без доступу молекулярного кисню, а також її називають гліколізом. Більш складним способом перетворення речовин живлення є аеробна форма біологічного окислення або тканинного дихання. Відсутність кисню викликає нездатність клітин здійснювати окислення для отримання енергії, і вони гинуть.

Отримання енергії живим організмом

В біології окислення – це многосоставное явище:

Гліколіз – початкова стадія організмів-гетеротрофов, в ході якого моносахариди розщеплюються бескислородно, і воно передує початку процесу клітинного дихання.

Окислення пірувату перетворення пировиноградных кислот в ацетилкоензим. Дані реакції можливі тільки з участю ферментних комплексів пируватдегидрогеназы.

Процес розпаду бета-жирних кислот – паралельно здійснюється з окисленням пірувату явище, метою якого є переробка кожної жирної кислоти в ацетилкоензим. Далі ця речовина поставляється в цикл кислот трикарбоновой групи.

Цикл Кребса – перетворення ацетилкоэнзима в лимонні кислоти і подальше подвержение подальшому перетворенню (явищ дегідрування, декарбоксилювання та регенерації).

Окисне фосфорилювання – останній етап перетворення, у ході якого эукариотический організм перетворює аденозиндифосфат в аденозинтрифосфорные кислоти.

З цього випливає, що окислення – це процес, що включає в себе:

явище відщеплення водню від субстрату, що піддається окисленню (дегидрированию);

явище віддачі електрона субстратом;

явище приєднання молекули кисню до субстрату.

Реакція над металами

Окислення металу – це реакція, в ході якої за допомогою взаємодії елемента з групи металів і O2 відбувається утворення оксидів (оксидів). У широкому значенні – реакція, в якій атом втрачає електрон і створює різноманітні сполуки, наприклад, речовини хлоридів, сульфідів і т. п. В природному стані найчастіше метали можуть перебувати лише у повністю окисленому стані (у вигляді руди). Саме з цієї причини, процес окислення представлений у вигляді реакції відновлення різних компонентів сполуки. Практично застосовуються речовини металів і їх сплавів при взаємодії з навколишнім середовищем поступово окислюються – піддаються корозії. Процеси окислення металів відбуваються, завдяки термодинамічним і кінетичних факторів.

Валентність і окислення

Ступінь окиснення – це валентність. Однак між ними існує певна різниця. Справа в тому, що валентністю хім. елемента людина визначає можливість атома встановити певну кількість хімічних зв'язків з іншими видами атомів. Це обумовлено наявністю у різних типів атома, відповідно, різною можливістю створювати взаємозв'язок. Однак валентність може бути тільки в ковалентном з'єднанні і утворюється завдяки створенню між атомами спільної електронної пари. Ступінь окиснення на відміну від валентності є ступенем умовного заряду, яким володіє атом речовини. Вона може бути позитивною «+», нульовий «0» і негативною «-». Також ступінь окислення передбачає, що всі зв'язки в речовині є іонними.

Реакція над водою

Більше двох млрд років тому, рослинні організми вчинили один з найважливіших кроків на шляху до початку еволюції. Почав формуватися процес фотосинтезу. Однак спочатку піддавалися фотоокислению тільки відновлені речовини сірководневого типу, що були представлені на землі в дуже малих розмірах. Окислення води – це процес, привнесший в атмосферу значна кількість молекулярного кисню. Це дозволило перейти біоенергетичних процесів на новий аеробний рівень. Це ж явище дозволило утворитися озоновому екрану, який захищає життя на Землі.