Методы составления уравнений окислительно-восстановительных реакций (овр)

Введение

С основной и изначальной точки зрения, окисление – это процесс химического характера, что сопровождается увеличением степени атомарного окисления вещества, которое ему подвергается. Это явление происходит, благодаря передаче электронов от одного атома (восстановителя и донора) до второго (акцептора и окислителя).

Данная терминологическая единица была введена в оборот химии в начале XIX века, а сделал это академик В.М. Севергин для создания обозначения, указывающего на взаимодействие веществ с кислородом из атмосферного воздуха.

В некоторых случаях окисление молекулы сопровождается созданием нестабильности в структуре вещества и приводит к его распаду на молекулы, обладающие большей стабильностью и маленькими размерами. Дело в том, что данный процесс повторяться может на нескольких разных уровнях измельчения. То есть, образованная более маленькая частица может также обладать более высокой степенью окисления, чем атомарные частички, что были исходными в том же веществе, но крупнее и стабильнее.

В химии есть понятие низшей и высшей степени окисления. Это позволяет классифицировать атомы по возможности их проявлять данное свойство. Высшая окислительная степень соответствует номеру группы, в котором находится элемент. Низшая степень, как правило, определяется по соответствию четного и нечетного числа: высшая 8 = низшая 2, высшая 7 = низшая 1.

Реакция над металлами

Окисление металла – это реакция, в ходе которой посредством взаимодействия элемента из группы металлов и O2, происходит образование окислов (оксидов).

В широком значении – реакция, в которой атом теряет электрон и создает разнообразные соединения, например, вещества хлоридов, сульфидов и т. п. В природном состоянии чаще всего металлы находиться могут лишь в полностью окисленном состоянии (в виде руды). Именно по этой причине, процесс окисления представлен в виде реакции восстановления различных компонентов соединения. Практически применяемые вещества металлов и их сплавов при взаимодействии с окружающей средой постепенно окисляются – подвергаются коррозии. Процессы окисления металлов происходят, благодаря термодинамическим и кинетическим факторам.

Биохимия окисления жирных кислот в митохондриях

Для удобства процесс митохондриального катаболизма условно подразделяется на 3 этапа:

• активация и транспортировка в митохондрии;
• окисление;
• окисление образовавшегося ацетил-коэнзима А через цикл Кребса и электротранспортную цепь.

Активация представляет собой подготовительный процесс, который переводит жирные кислоты в форму, доступную для биохимических превращений, так как сами по себе эти молекулы инертны. Кроме того, без активации они не могут проникнуть в мембраны митохондрий. Эта стадия протекает у внешней мембраны митохондрий.

Собственно, окисление — ключевой этап процесса. Оно включает четыре стадии, по окончании которых жирная кислота превращается в молекулы Ацетил-КоА. Тот же продукт образуется и при утилизации углеводов, так что дальнейшие этапы аналогичны последним стадиям аэробного гликолиза. Образование АТФ происходит в цепи переноса электронов, где энергия электрохимического потенциала используется для образования макроэргической связи.

В процессе окисления жирной кислоты кроме Ацетил-КоА образуются также молекулы NADH и FADH₂, которые тоже поступают в дыхательную цепь в качестве доноров электронов. В результате суммарный энергетический выход катаболизма липидов достаточно высок. Так, к примеру, окисление пальмитиновой кислоты по β-механизму дает 106 молекул АТФ.

Охрана атмосферы

В результате деятельности человека происходит загрязнение атмосферы самыми различными веществами, многие из которых ядовиты для человека, животных и растений. Изменение состава атмосферы приводит к ослаблению здоровья населения, снижению продолжительности жизни, распространению болезней. Это особенно заметно в больших городах, где атмосфера загрязняется газовыми выбросами промышленных предприятий и автомобильного транспорта.

В состав почти всех известных традиционных видов топлива входят вещества, при сгорании которых образуются не только СО₂ и Н₂О. При неполном сгорании топлива может образовываться весьма ядовитый угарный газ (СО). Также очень неблагоприятны для человека продукты сгорания соединений, содержащих атомы серы и азота, которыми являются оксиды серы (SO₂) и азота (NO, NO₂).

Для улучшения качества бензина в него добавляют соединения свинца. При сгорании такого бензина в окружающую среду выбрасывается большое количество ядовитых для человека веществ, содержащих свинец.

На сжигание различных видов топлива потребляется огромное количество кислорода. Так, в течение 1 ч. полета реактивный самолет (рис. 91) потребляет количество кислорода, вырабатываемое лесом площадью 1 га. за месяц.

Смог (рис. 92) — это туман, смешанный с пылью и сажей и содержащий продукты взаимодействия оксидов серы и азота с водой.

Кислотные дожди. Дождевая вода более кислая, чем обычная, так как в ней содержатся вещества, называемые кислотами. Они образуются при взаимодействии оксидов серы и азота с парами воды.

Парниковый эффект (рис. 93) возникает в результате повышения температуры воздуха за счет накопления в атмосфере некоторых газов, называемых парниковыми. Основным парниковым газом является углекислый газ. В результате парникового эффекта повышается температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит изменение климата, возможны таяния ледников, наводнения.

Поскольку атмосфера у всех народов Земли общая, разные государства предпринимают совместные меры по ее защите от вредных выбросов. Для этого на заводах устанавливаются очистительные установки, совершенствуются системы очистки выхлопных газов автотранспорта, разрабатываются новые экологически чистые производства и виды транспорта.

Уменьшить влияние химических веществ на природу, здоровье людей возможно, только сделав самые тщательные исследования источников и состава ядовитых соединений. Химия как наука позволяет человеку найти пути решения указанных выше проблем охраны атмосферы.

Краткие выводы урока:

1. Окисление — химическая реакция, в результате которой атомы кислорода присоединяются к атомам других элементов.
2. Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.
3. Основными видами топлива являются каменные и бурые угли, торф, древесина, нефть и природный газ.
4. Сжигание различных видов топлива приводит к таким неблагоприятным последствиям, как смог, кислотные дожди и парниковый эффект.

Надеюсь урок 20 «Окислительные процессы» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Биологическое окисление

В биологии реакции окисления – это процессы, что в своей совокупности сходятся к изменению степени окисления атомов, участвующих в реакции, а происходит это благодаря электронному распределению между взаимодействующими компонентами.

Первое предположение о том, что во всех живых организмах протекают сложнейшие хим. реакции, было выдвинуто в восемнадцатом столетии. Изучал проблему химик из Франции А. Лавуазье

Он обратил внимание на то, что протекание горения и окисления в биологии являются схожими друг с другом

Учеными было совершено исследование пути кислорода, что был поглощен живом существом вследствие дыхания. Они сообщили, что данные процессы окисления – это аналогичные процессы, протекающие с разной скоростью

Он заострил внимание на процессе разложения, в основе которого, как оказалось, лежит явление взаимодействия молекулы кислорода (окислителя) с органическим веществом, включающим в себя атомы углерода и/или водорода. Вследствие разложения происходит абсолютная трансформация вещества

Оставались моменты процесса, которые ученые не могли до конца понять, среди которых вопросы:

• По какой причине осуществляется окисление в условиях низкой температуры тела, несмотря на его наличие вне организма, только при высокой температуре.
• По какой причине реакции окисления – это явления, которые не сопровождаются выбросом пламени, а также огромными выбросами высвободившейся энергии.
• Как осуществляется «горение» питательного ряда веществ в теле, если оно на 80% (приблизительно), состоит из жидкости – воды H₂O.

Важнейшие окислители и восстановители

Все химические элементы можно разделить на два больших класса — элементы с постоянными степенями окисления (такие элементы, как правило, не меняют свою степень окисления в сложных веществах), и элементы с переменной степенью окисления (такие элементы легко отдают или принимают электроны). По этой причине свойства сложных веществ обусловлены наличием в их составе элементов с переменной степенью окисления.

В свою очередь, элементы с переменной степенью окисления подразделяются на три категории:

• элементы с высшей степенью окисления — такие элементы могут только понижать свою степень окисления (участвовать в процессе восстановления), следовательно, вещество, в состав которого входят такие элементы, может выступать только в роли окислителя (присоединять электроны), например, перманганат калия (марганцовка) может быть только окислителем, поскольку марганец в KMnO₄ имеет высшую степень окисления +7.
• элементы с низшей степенью окисления — такие элементы могут только повышать свою степень окисления (участвовать в процесс окисления), следовательно, вещество, в состав которого входят такие элементы, может выступать только в роли восстановителя (отдавать электроны), например, аммиак является восстановителем, поскольку, азот, входящий в состав NH₃, имеет низшую степень окисления -3.
• элементы с промежуточной степенью окисления — такие элементы могут, как отдавать электроны, так и принимать их (все зависит от «партнера» по реакции), следовательно, вещество, в состав которого входят такие элементы, может быть, как окислителем, так и восстановителем, например, сера, входящая в состав сульфита натрия Na₂SO₃, имеет промежуточную степень окисления +4, по этой причине сульфит натрия в реакции с перманганатом калия окисляется до сульфата натрия (является восстановителем), а в реакции с сероводородом сульфит натрия восстанавливается до свободной серы (является окислителем).

Активные окислители:

• простые вещества:
  • кислород (O₂);
  • фтор (F₂);
• сложные вещества:
  • перманганат калия (KMnO₄);
  • хроматы и дихроматы (K₂Cr₂O₇);
  • азотная кислота и ее соли (HNO₃);
  • хлорная кислота и ее соли (HClO₄);
  • концентрированная серная кислота (H₂SO₄);
  • оксид свинца (PbO₂).

Активные восстановители:

• все простые вещества-металлы, наиболее активные:
  • щелочные металлы;
  • щелочноземельные металлы;
  • магний (Mg);
  • алюминий (Al);
  • цинк (Zn).
• сложные вещества:
  • метан (CH₄);
  • аммиак(NH₃);
  • силан(SiH₄);
  • фосфин(PH₃);
  • нитриды и фосфиды металлов (Na₃N, Ca₃P₂)
  • сероводород (H₂S)
  • галогеноводороды (HI, HBr, HCl)
  • сульфиды и галогениды металлов
  • гидриды металлов (NaH, CaH₂)

промежуточной степенью окисления

• чаще являются окислителями:
  • галогены (Cl₂; Br₂);
  • хлорноватистая кислота (HClO) и ее соли (гипохлораты, хлораты);
  • оксид марганца (IV) MnO₂;
  • соли трехвалентного железа (FeCl₃)
• чаще являются восстановителями:
  • водород (H₂);
  • углерод (C);
  • оксид углерода (II) CO;
  • сульфиты металлов (Na₂SO₃);
  • соли двухвалентного железа (FeSO₄)

Разновидности окислительно-восстановительных реакций:

• межмолекулярные — окислитель и восстановитель являются разными веществами:

  N2+H2→N-3H3+1

• внутримолекулярные — окислитель и восстановитель входят в состав одного вещества:

  N-3H4N+3O2→N2+H2O
  

• реакции диспропорционирования — окисляется и восстанавливается один и тот же элемент, находящийся в промежуточной степени окисления:

  N+4O2+H2O→HN+5O3+3+HNO2

Горение

Горение – это процесс окисления. В атмосферном воздухе (а также в среде чистого кислорода) могут поддаваться окислению в форме горения. Примером могут служить разнообразные вещества: простейшие элементы веществ металлов и неметаллов, неорганические и органические соединения. Однако самым практически значимым является горючее вещество (топливо), среди которых выделяют природные запасы нефти, газов, угля, торфа и т. д. Чаще всего они образуют из сложной смеси углеводородов с малой долей кислорода, серы, азотосодержащих соединений органического типа, а также включениями следового количества прочих элементов.

Расстановка коэффициентов

методом
электронного баланса (МЭБ)

Последовательность
действий при использовании МЭБ следующая:

• выделяем
  атомы, элементы которых в исходных
  веществах и продуктах реакции изменяют
  степень окисления,

• составляем
  электронный баланс присоединения и
  отдачи электронов, по исходным веществам
  (для ОВР межмолекулярного гида), или по
  конечным продуктам (для ОВР
  внутримолекулярного
  типа и реакций диспропорционирования);

• находим
  коэффициенты, которые нужно поставить
  перед формулами веществ, где атомы
  изменили степень окисления. Для этого
  сначала находим наименьшее общее
  кратное для чисел отданных и присоединенных
  электронов. Соответствующие коэффициенты
  определяем путем деления наименьшего
  общего кратного на эти числа;

• расставляем
  найденные коэффициенты сначала перед
  формулами веществ, в которых атомы
  изменили степень окисления, а затем
  перед формулами оставшихся веществ;

• проверяем
  правильность нахождения коэффициентов.
  Обычно это делают по кислороду.

Рассмотрим примеры
расстановки коэффициентов в уравнениях
ОВР по МЭБ.

Пример
1.
Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

Конечное
уравнение
этой
реакции:

4FeS₂
+11О₂2Fe₂O₃+8SO_2.

Пример
2.
Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

.

Марганец
в КМnO₄
находится в высшей степени окисления
(+7), значит, КМnO₄
– окислитель. Продукты его восстановления
зависят от кислотности среды, что можно
показать схемой:

.

В
данном примере реакция идет в кислой
среде, значит, продукт восстановления
перманганата калия – ион Мn2+.
Восстановителем будет ион Fe2+,
который окисляется до Fe3+:

.

Основными
коэффициентами уравнения будут 1
и 5, но в результате
реакции образуется соль Fe₂(SO4)₃,
которая
содержит два иона Fe
(III),
поэтому
основные коэффициенты нужно удвоить.
Подставляем эти коэффициенты сначала
в левую, а
потом
в правую часть
схемы реакция,
далее подбираем остальные коэффициенты:

.

Пример
3.
Расставьте коэффициенты в схеме ОВР:

.

Данная
реакция относится к реакциям
внутримолекулярного окисления-восстановления.

Определяем
элементы, атомы которых изменили степень
окисления. В данном случае это азот и
кислород.

Записываем
электронные уравнения процессов
окисления и восстановления:

Основными
коэффициентами уравнения будут (1) и
(4), но вступает в реакцию соль Fe(NО₃)₃,
которая содержит три атома N+5,
поэтому основные коэффициенты нужно
утроить. Подставляем эти коэффициенты
(12)
и
(3) сначала в левую часть.

Конечное уравнение
этой реакции:

.

Пример
4.
Расставьте коэффициенты в схемах ОВР
с участием пероксида водорода.

В
молекуле Н₂О₂
атомы кислорода имеют степень окисления
(–1), которая является промежуточной
между наиболее характерными для кислорода
значениями (–2) и (0). Поэтому пероксид
водорода в разных условиях может быть
как окислителем, так и восстановителем.

Уравнения
соответствующих реакций
окисления-восстановления с участием
Н₂О₂
записываем так:

Н₂О₂-окислитель

Н₂О₂-восстановитель

Понятие о топливе

Процессы горения издавна используются для удовлетворения нужд человека в энергии и тепле.

Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.

По агрегатному состоянию топливо бывает твердое, жидкое и газообразное.

Запасы топлива могут быть восполнимыми (древесина, древесный уголь) и невосполнимыми (уголь, торф, нефть).

Каменные и бурые угли. Уголь (рис. 87) является древнейшим источником энергии, с которым знакомо человечество. Он представляет собой полезное ископаемое, которое образовалось из растительного материала на протяжении многих миллионов лет. Например, древесина без доступа воздуха превращается в каменный уголь. Основная масса угля состоит из углерода и органических соединений.

Торф

В Беларуси важное значение для бытового отопления и работы небольших предприятий имеет торф (рис. 88)

Это топливо, которое образуется без доступа воздуха на низинных болотах из мха сфагнума и другой растительности. В последнее время его спрессовывают с угольной крошкой и получают торфоугольные брикеты, которые также используются как топливо.

Древесина

Нефть. Источник самых разнообразных жидких видов топлива на Земле — нефть (рис. 89). При ее переработке получают такие важные виды горючего, как бензин, керосин, лигроин, мазут. Эти виды топлива используются в автомобилях и тракторах, реактивных авиационных двигателях, а также на тепловых электростанциях и в системах теплообеспечения жилья и предприятий.

Природный газ. Примерно на 90 % состоит из метана CH₄. Использовать его в качестве топлива стали только в XX в. Сегодня наша жизнь немыслима без газопроводов (рис. 90), доставляющих «голубое топливо» в наши квартиры, на ТЭС, ТЭЦ, промышленные предприятия.

Основные сведения о жирных кислотах

Жирные кислоты представляют собой углеродные цепи различной длины (от 4 до 36 атомов), которых по химической природе относят к карбоновым кислотам. Эти цепи могут быть как разветвленными, так и не разветвленными и содержать разное количество двойных связей. Если последние полностью отсутствуют, жирные кислоты называют насыщенными (характерно для многих липидов животного происхождения), а в противном случае — ненасыщенными. По расположению двойных связей жирные кислоты подразделяют на мононенасыщенные и полиненасыщенные.

Большинство цепей содержит четное число атомов углерода, что связано с особенностью их синтеза. Однако есть соединения с нечетным количеством звеньев. Окисление этих двух типов соединений несколько отличается.

Примечания

1. В этом, как и во многих других случаях водород рассматривают как помещенный в VII группе периодической системы химических элементов над галогенами-окислителями.
2. Несущественно, переходят ли электроны с одного атома на другой вполне (ионная связь) или же только более или менее оттягиваются (полярная ковалентная связь). Поэтому в данном случае мы будем говорить об отдаче или присоединении электронов независимо от действительного типа валентной связи. В общем, окислительно-восстановительные процессы можно определить как реакции, связанные с переходом электронов от одних атомов к другим. То есть валентности в этих реакциях выступают как степени окисления. Более строго, в узком смысле под степенью окисления имеется ввиду в том числе и валентности.

Восстановление

Восстановительные реакции бывают трех типов:

• получение электронов;
• потеря атомов кислорода;
• получение атомов водорода.

Получение электронов

Восстановление — химическая реакция во время которой химический элемент получает электроны:

Ag+ + e- → Ag_(т)

Во время гальванопокрытия катион серебра (положительнозаряженный ион) получает электрон и восстанавливается до металлического серебра.

Потеря кислорода

В некоторых реакциях восстановление осуществляется за счет потери атомов кислорода:

Fe₂O_{3 (т)} + 3CO_(г) → 2Fe_(т) + 3CO_{2 (т)}

Железная руда восстанавливается до металлического железа при помощи реакции взаимодействия с оксидом углерода.

Получение водорода

В некоторых случаях восстановление происходит в результате получения атомов водорода:

CO_(г) + 2H_{2 (г)} → CH₃OH_(ж)

Молекула оксида углерода получает атомы водорода и становится метиловым спиртом.

Виды биологического окисления

В соответствии с условиями среды, в которой происходит окисление, его делят на два вида. Большинство грибков и микроорганизмов энергетические ресурсы получают путем преобразования питательного вещества посредством анаэробного способа. Данная реакция происходит без доступа молекулярного кислорода, а также ее называют гликолизом.

Более сложным способом преобразования веществ питания является аэробная форма биологического окисления или тканевого дыхания. Отсутствие кислорода вызывает неспособность клеток осуществлять окисление для получения энергии, и они гибнут.

Транспортировка в митохондрии

Эта стадия получила название трансэтирификации с карнитином. Перенос ацил-CoA в митихондриальных матрикс осуществляется через поры с участием карнитина и специальных ферментов — карнитин-ацилтрансфераз.

Для транспортировки через мембраны CoA заменяется на карнитин с образованием ацил-карнитина. Это вещество переносится в матрикс методом облегченной диффузии с участием ацил-карнитин/карнитинового переносчика.

Внутри митохондрий осуществляется реакция обратного характера, заключающаяся в отсоединении ретиналя, вновь поступающего в мембраны, и восстановлении ацил-CoA (в данном случае используется «местный» коэнзим А, а не тот, с которым была образована связь на стадии активации).

Процессы с участием кислорода

В живом организме протекают процессы, в которых сложные вещества пищи — белки, жиры и углеводы — вступают в химические реакции с кислородом. При этом выделяется необходимая для жизнедеятельности энергия. Кислород, необходимый для протекания этих реакций, поступает в организм благодаря процессу дыхания.

Еще одной разновидностью взаимодействия кислорода и сложных веществ является процесс гниения. Вы, наверное, видели, как над кучами гниющей лист вы или каких-либо отходов, особенно по утрам, поднимается пар (рис. 86). Это сложные вещества вступают в реакцию с кислородом воздуха. В результате этой реакции образуется вода и выделяется теплота, благодаря которой вода превращается в пар.

Можно сказать, что гниение и дыхание — это «медленное горение». Эти процессы широко распространены в природе.

Получение энергии живым организмом

В биологии окисление – это многосоставное явление:

• Гликолиз – начальная стадия организмов-гетеротрофов, в ходе которого моносахариды расщепляются бескислородно, и оно предшествует началу процесса клеточного дыхания.
• Окисление пирувата – преобразования пировиноградных кислот в ацетилкоэнзим. Данные реакции возможны только с участием ферментных комплексов пируватдегидрогеназы.
• Процесс распада бета-жирных кислот – параллельно осуществляемое с окислением пирувата явление, целью которого является переработка каждой жирной кислоты в ацетилкоэнзим. Далее это вещество поставляется в цикл кислот трикарбоновой группы.
• Цикл Кребса – превращение ацетилкоэнзима в лимонные кислоты и дальнейшее подвержение последующему преобразованию (явлениям дегидрирования, декарбоксилирования и регенерации).
• Окислительное фосфорилирование – последний этап преобразования, в ходе которого эукариотический организм преобразует аденозиндифосфат в аденозинтрифосфорные кислоты.

Из этого следует, что окисление – это процесс, включающий в себя:

• явление отщепления водорода от субстрата, что подвергается окислению (дегидрированию);
• явление отдачи электрона субстратом;
• явление присоединения молекулы кислорода к субстрату.

Виды окислительно-восстановительных реакций

Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например:

H2S+Cl2→S+2HCl{\displaystyle {\mathsf {H_{2}S+Cl_{2}\rightarrow S+2HCl}}}

Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например:

2H2O→2H2+O2{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O\rightarrow 2H_{2}+O_{2}}}}

Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель, например:

H2O+Cl2→HCl+HOCl{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+Cl_{2}\rightarrow HCl+HOCl}}}

Репропорционирование (конпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления:

SO2+2H2S→3S+2H2O{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+2H_{2}S\rightarrow 3S+2H_{2}O}}}

Опасность свободных радикалов

Свободные радикалы – это вредные вещества, которые образуются в результате неполноценного восстановления кислорода, это активные «загрязнители». Они способны вызвать цепную реакцию и привести к повреждению клеток организма. Наш организм способен противостоять свободным радикалам, максимально обезвредить действия ядовитых и чужеродных веществ, но когда окислительный процесс превышает защитные возможности организма, начинается заболевание.

Свободные радикалы – возбудители рака. Под их действием происходят инсульты и сердечные приступы, целый спектр аутоиммунных и психических заболеваний. В том числе ряд аддикций или психологических зависимостей.

Одной из основных причин увеличения свободных радикалов в организме является употребление в пищу большого количества животного белка. В этом направлении работали и работают многие ведущие врачи и ученые, академик нейрохирург Г.Шаталова, академик физиолог А.Уголев, профессор онколог И. Петров, биохимик К.Кэмбэл, кардиолог Д. Орниш, кардиохируруг Э.Уэрхэм, доктор наук онколог В.Эльбург.

Что нужно чтобы избежать увеличения свободных радикалов в организме?

Нужны антиоксиданты!
Антиоксиданты могут быть искусственные в виде витаминов и БАДов, и естественные.
Естественные антиоксиданты — это все виды растений, фруктов, овощей, злаковых.

Антиоксиданты содержаться ТОЛЬКО в живой растительной пищи, а избыток животного белка взывает увеличение свободных радикалов.

Самыми богатыми по содержанию антиоксидантов являются свежие фрукты и овощи яркого, насыщенного цвета, с ярко выраженной пигментацией. Антиоксиданты обычно окрашены, поскольку то же химическое вещество, которое отвечает за поглощение избыточных электронов, создает и видимые цвета. Одни антиоксиданты называются каротиноидами, их существует сотни видов. Они различаются по цвету, от желтого бета-каротина (тыква) до красного ликопена (помидоры) и оранжевого криптоксантина (апельсины). Другие антиоксиданты бесцветны, например такие химические вещества, как аскорбиновая кислота (цитрусовые, зелень) и витамин Е (орехи, зерно).

Многие считают, что прием искусственных препаратов антиоксидантов оградит их от вредного воздействия других факторов. Однако мы с твердостью заявляем, что в процессе многочисленных исследований учеными выявлено, что антиоксиданты в лекарственной форме не предотвращают разрушительное воздействие свободных радикалов на клетки и не замедляют процесс старения организма. К сожалению, нет смысла принимать витамины, сохраняя при этом высокобелковый вид питания. В данном случае необходимо изменять пищевые привычки.

Примечания

1. В этом, как и во многих других случаях водород рассматривают как помещённый в VII группе периодической системы химических элементов над галогенами-окислителями.
2. Несущественно, переходят ли электроны с одного атома на другой вполне (ионная связь) или же только более или менее оттягиваются (полярная ковалентная связь). Поэтому в данном случае мы будем говорить об отдаче или присоединении электронов независимо от действительного типа валентной связи. В общем, окислительно-восстановительные процессы можно определить как реакции, связанные с переходом электронов от одних атомов к другим. То есть валентности в этих реакциях выступают как степени окисления. Более строго, в узком смысле под степенью окисления имеется в виду в том числе и валентности.
3.  (недоступная ссылка). Химия и химическая технология в жизни (10.07.2013). Дата обращения 19 января 2015.

1.4.3. Реакции диспропорционирования (самоокисления – самовосстановления)

В
таких реакциях атомы одного элемента
в соединении исходного вещества
одновременно проявляют как окислительные,
так и восстановительные свойства. Эти
реакции протекают в том случае, когда
атомы в соединении имеют промежуточную
степень окисления и поэтому могут
отдавать и принимать электроны и
соответственно – окисляться и
восстанавливаться, переходя в состояние
с низшей или высшей степенью окисления.

Скорость
реакции диспропорционирования связана
с близостью внешних энергетических
уровней в обоих состояниях атома.

=
++,
где соединения азота в степени окисления
(+3) проявляют как окислительные, так и
восстановительные свойства:

восстановитель	-2ē =	процесс окисления
окслитель	+ ē =	процесс восстановления

2Sº
+ 6KOH
=

+

+ 2H₂O

Sº
— выполняет роль и окислителя и
восстановителя:

восстановитель	Sº – 4ē =	процесс окисления
окислитель	Sº + 2ē =	процесс восстановления

Особенности реакций

Окисление ненасыщенных жирных кислот имеет некоторые особенности. Так, сложность окисления цепей с двойными связями заключается в том, что последние не могут подвергаться воздействию еноил-CoA-гидратазы из-за того, что находятся в цис-положении. Эта проблема устраняется еноил-CoA-изомеразой, благодаря которой связь приобретает транс-конфигурацию. В результате молекула становится полностью идентичной продукту первой стадии бета-окисления и может подвергаться гидратации. Участки, содержащие только одинарные связи, окисляются так же, как насыщенные кислоты.

Иногда для продолжения процесса недостаточно еноил-CoA-изомеразы. Это касается цепей, в которых присутствует конфигурация цис9-цис12 (двойные связи при 9-м и 12-м атомах углерода). Здесь помехой является не только конфигурация, но и положение двойных связей в цепи. Последнее исправляется ферментом 2,4-диеноил-CoA-редуктазой.

Основные реакции окисления жирных кислот по β-механизму

К самому простому типу энергетической утилизации жирных кислот относят β-окисление не имеющих двойных связей цепей, в которых количество углеродных звеньев четное. В качестве субстрата для этого процесса, как уже выше отмечалось, выступает ацил коэнзима А.

Процесс β-окисления жирных кислот состоит из 4 реакций:

1. Дегидрирование — отщепление водорода от β-углеродного атома с возникновением двойной связи между звеньями цепи, находящимися в α и β-положениях (первый и второй атомы). В результате образуется еноил-CoA. Ферментом реакции является ацил-CoA-дегидрогеназа, которая действует в комплексе с кофермента ФАД (последний восстанавливается до ФАДН2).
2. Гидратация — присоединение молекулы воды к еноил-CoA, в результате чего образуется L-β-гидроксиацил-CoA. Осуществляется еноил-CoA-гидратазой.
3. Дегидрирование — окисление продукта предыдущей реакции НАД-зависимой дегидрогеназой с образованием β-кетоацил-коэнзима А. При этом происходит восстановление НАД до НАДН.
4. Расщепление β-кетоацил-CoA до ацетил-CoA и укороченного на 2 атома углерода ацил-CoA. Реакция осуществляется под действием тиолазы. Обязательным условием является присутствие свободного HS-CoA.

Затем все снова начинается с первой реакции.

Цикличное повторение всех стадий осуществляется до тех пор, пока вся углеродная цепочка жирной кислоты не превратится в молекулы ацетил-коэнзима А.

Примеры

Окислительно-восстановительная реакция между водородом и фтором

H2+F2→2H+1F−1{\displaystyle {\mathsf {{\stackrel {0}{\mbox{H}}}_{2}+{\stackrel {0}{\mbox{F}}}_{2}\rightarrow 2{\stackrel {+1}{\mbox{H}}}{\stackrel {-1}{\mbox{F}}}}}}

Разделяется на две полу-реакции:

1) Окисление:

H2−2e−→2H+{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{H}}_{2}^{0}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{H}}^{+}}}}

2) Восстановление:

F2+2e−→2F−{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{F}}_{2}^{0}+2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{F}}^{-}}}}

H2−2e−→2H+{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{H}}_{2}^{0}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{H}}^{+}}}}

S2−−2e−→S↓{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{S}}^{2-}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{S}}^{0}\downarrow }}}

Al−3e−→Al3+{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{Al}}^{0}-3{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Al}}^{3+}}}}

Fe2+−e−→Fe3+{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{Fe}}^{2+}-{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Fe}}^{3+}}}}

2Hal−−2e−→Hal2{\displaystyle {\mathsf {2{\mbox{Hal}}^{-}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Hal}}_{2}^{0}}}}

Процесс присоединения электронов — восстановление. При восстановлении степень окисления понижается:

O2+4e−→2O2−{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{O}}_{2}^{0}+4{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{O}}^{2-}}}}

Mn7++5e−→Mn2+{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{Mn}}^{7+}+5{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Mn}}^{2+}}}}

Mn4++2e−→Mn2+{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{Mn}}^{4+}+2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Mn}}^{2+}}}}

Cr6++6e−→Cr{\displaystyle {\mathsf {{\mbox{Cr}}^{6+}+6{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Cr}}^{0}}}}

Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны, являются окислителями, а атомы или ионы, которые отдают электроны — восстановителями.

Для нахождения пропорции веществ, вступающих в химическую реакцию, часто требуется уравнять ОВР. Уравнивание ОВР сводится к нахождению стехиометрических коэффициентов (то есть, количества молей каждого соединения). Стехиометрические коэффициенты могут принимать только значения целых величин от 1 и выше, дробные стехиометрические коэффициенты допускаются лишь в некоторых случаях записи термохимических уравнениях из курса физической химии. Различают два метода уравнивания ОВР: метод полуреакций и метод электронного баланса. Метод электронного баланса более прост и используется в случае протекания реакции в газообразной среде (например, процессы горения или термического разложения соединений). Метод полуреакций более сложен и используется в случае протекания реакции в жидкой среде. Метод полуреакций оперирует не свободными атомами и одноатомными ионами, а реально существующими в растворе частицами, образовавшимися в результате процессов растворения и/или диссоциации реагирующих веществ

Оба метода занимают важное место в базовом курсе общей и неорганической химии, изучаемом студентами различных учебных заведений.

Виды окислительно-восстановительных реакций

Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например:

H2S+Cl2→S+2HCl{\displaystyle {\mathsf {H_{2}S+Cl_{2}\rightarrow S+2HCl}}}

Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например:

2H2O→2H2+O2{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O\rightarrow 2H_{2}+O_{2}}}}

Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель, например:

H2O+Cl2→HCl+HOCl{\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+Cl_{2}\rightarrow HCl+HOCl}}}

Репропорционирование (конпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления:

SO2+2H2S→3S+2H2O{\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+2H_{2}S\rightarrow 3S+2H_{2}O}}}