Reakcje utleniania i redukcji
Jak przebiega proces reakcji redukcji?
Proces reakcji utleniania wodoru i tlenu (lub innego związku zawierającego wodór) przebiega następująco:
- Wodór ma niski potencjał redukcyjny, co oznacza, że łatwo oddaje swoje elektrony innym związkom chemicznym w reakcji redukcji.
- Na przykład, gdy wodór reaguje z tlenem (który ma ściśle związane elektrony), cząsteczka tlenu zostaje zredukowana do wody.
- Elektrony, które wodór wnosi do reakcji redukcji, są uwalniane jako dodatnio naładowane atomy wodoru (jony wodorowe).
- Proces uwalniania elektronów z cząsteczek wodoru nazywa się jonizacją.
- Zjonizowane atomy wodoru są dostarczane do atomu tlenu w pojedynczej cząsteczce tlenu podczas reakcji redukcji, która następnie rozdziela się, tworząc dwie cząsteczki wody.
- W wyniku reakcji redukcji donor wodoru ma ładunek dodatni netto, a akceptor tlenu - ujemny netto.
- Elektrony przekazane przez cząsteczki wodoru są odbierane przez inną substancję chemiczną podczas reakcji utleniania i wykorzystywane do zredukowania akceptora do jego pierwotnej lub zredukowanej postaci.
Reakcje utleniania w farmacji
Reakcje utleniania mogą być ważne dla działania niektórych leków. Leki są zaprojektowane w taki sposób, aby oddziaływać z określonymi substancjami chemicznymi w organizmie i kontrolować jego funkcjonowanie. Niektóre leki stają się jednak z czasem mniej skuteczne lub wręcz bezużyteczne, ponieważ są rozkładane i utleniane w naturalnych procesach chemicznych organizmu.
Na przykład, wiele leków przeciwbólowych zawiera cząsteczki, które są utleniane przez enzymy w wątrobie, które rozkładają lek. W rezultacie lek nie jest już skuteczny w organizmie.
Utlenianie zmienia także strukturę chemiczną leku, co może wpływać na jego zdolność do oddziaływania na organizm.
Reakcje utleniania w biochemii
Reakcje utleniania są powszechnymi reakcjami zachodzącymi w organizmach żywych na poziomie komórkowym. Reakcje te są niezbędne do wytwarzania energii, syntezy cząsteczek i usuwania odpadów.
Na poziomie biochemicznym reakcje utleniania polegają na przeniesieniu elektronów z jednego związku (donora) na inny związek (akceptora) w celu utworzenia nowego związku.
Na przykład w komórkach żywność jest utleniana w celu rozłożenia jej na prostsze składniki, takie jak woda, dwutlenek węgla i jony wodorowe.
Jony wodorowe są następnie wykorzystywane do wytwarzania energii, która napędza reakcje biochemiczne zachodzące w organizmie. W procesie utleniania tlen ulega redukcji, tworząc wodę i dwutlenek węgla.
Reakcje utleniania w życiu codziennym
Reakcje utleniania w życiu codziennym występują w wielu procesach, od spalania drewna po tworzenie się rdzy na żelazie.
Na przykład, gdy kawałek żelaza zostanie pozostawiony na powietrzu, rdzewieje w wyniku utleniania żelaza, a proces ten jest przyspieszany przez obecność wody.
Gdy żelazo reaguje z tlenem i wodą, tworzy się tlenek żelaza (który powszechnie występuje jako rdzawe żelazo), woda i ciepło.
Rdzewienie jest szybsze w przypadku żelaza, które zostało pokryte powłoką ochronną zapobiegającą utlenianiu (np. niedawno pomalowane żelazo).
Reakcje utleniania w przyrodzie
Utlenianie zachodzi w przyrodzie na wiele sposobów, m.in. podczas wietrzenia skał i minerałów, rozkładu materii organicznej i tworzenia się gleby.
Na przykład rdzewienie żelaza jest reakcją utleniania, która zachodzi, gdy żelazo reaguje z tlenem zawartym w powietrzu.
Inną reakcją utleniania zachodzącą w przyrodzie jest fotoliza wody. Kiedy światło słoneczne uderza w wodę, zostaje ona rozdzielona na cząsteczki wodoru i tlenu. Proces ten zachodzi w ciągu kilku sekund, ale można go obserwować w czasie rzeczywistym za pomocą komory bąbelkowej. W komorze pęcherzykowej, gdy fotony uderzają w wodę, tworzą się pęcherzyki wodoru. Proces chemiczny fotosyntezy ma wiele cech wspólnych z fotolizą wody. Światło ultrafioletowe jest pochłaniane przez chlorofil w roślinach, co powoduje przeniesienie elektronów na inne cząsteczki. W wyniku tego przeniesienia elektronów powstają cząsteczki o wyższym potencjale redukcyjnym, a cząsteczki chlorofilu są utleniane. Różnica między fotosyntezą a fotolizą wody polega na tym, że w fotosyntezie utlenione cząsteczki są wykorzystywane do produkcji dwutlenku węgla, jonów wodorowych i wody, które są składnikami węglowodanów.