1
00:00:00,050 --> 00:00:01,850
我们这次课的内容

2
00:00:01,850 --> 00:00:04,520
是复习化学课中所讲的

3
00:00:04,520 --> 00:00:10,040
关于氧化反应和还原反应的知识

4
00:00:10,040 --> 00:00:13,660
我们会看到 化学课的知识

5
00:00:13,660 --> 00:00:16,980
与生物学家或者说生化学家使用的术语

6
00:00:16,980 --> 00:00:17,950
是如何相关的

7
00:00:17,950 --> 00:00:20,020
最后 我们会看到它们实际上是一样的

8
00:00:20,020 --> 00:00:23,300
作为复习 如果你看了化学的视频课

9
00:00:23,300 --> 00:00:25,000
氧化反应 可以看做--

10
00:00:25,000 --> 00:00:27,030
实际上 有一个著名的助记符号

11
00:00:27,030 --> 00:00:37,090
它就是OIL和RIG oil意为氧化反应是失去--

12
00:00:37,090 --> 00:00:39,920
我把它放在引号内 因为反应未必会失去电子

13
00:00:39,920 --> 00:00:43,410
大家马上就会明白我的意思-- 是失去电子

14
00:00:43,410 --> 00:00:46,550
这就是你在化学课中学到的

15
00:00:46,550 --> 00:00:53,970
你也学到了 还原反应是得到

16
00:00:53,970 --> 00:00:55,590
我也把它放在引号内

17
00:00:55,590 --> 00:01:00,640
是得到电子

18
00:01:00,640 --> 00:01:01,470
放进引号内的原因

19
00:01:01,470 --> 00:01:03,230
是未必会得到电子

20
00:01:03,230 --> 00:01:04,990
更多情况是占用电子

21
00:01:04,990 --> 00:01:06,580
它被称为还原反应的原因是

22
00:01:06,580 --> 00:01:11,100
如果得到了电子 如果是真正得到电子

23
00:01:11,100 --> 00:01:14,000
那么电荷就减少了

24
00:01:14,000 --> 00:01:15,940
它被称为氧化反应的原因是

25
00:01:15,940 --> 00:01:19,070
反应物常常是失去电子给氧气

26
00:01:19,070 --> 00:01:20,860
当然 不一定必须是氧气

27
00:01:20,860 --> 00:01:24,080
可以是任何从反应物得到电子的分子

28
00:01:24,080 --> 00:01:27,750
我想 为使说明更加具体

29
00:01:27,750 --> 00:01:29,860
举个例子比较好

30
00:01:29,860 --> 00:01:32,410
这里有一些氢分子

31
00:01:32,410 --> 00:01:34,710
是气态的

32
00:01:34,710 --> 00:01:39,110
然后 使它和氧分子发生燃烧反应

33
00:01:39,110 --> 00:01:40,740
这就是1937年在“兴登堡号”飞艇上发生的事故

34
00:01:40,740 --> 00:01:42,590
充满氢气的氢气球

35
00:01:42,590 --> 00:01:44,060
在遇到火花

36
00:01:44,060 --> 00:01:46,910
同时暴露在氧气下时 就会产生爆炸

37
00:01:46,910 --> 00:01:49,900
在这个过程中 对于每摩尔氧分子

38
00:01:49,900 --> 00:01:52,880
如果有2摩尔氢分子--

39
00:01:52,880 --> 00:01:54,700
这个方程式就平衡了

40
00:01:54,700 --> 00:02:01,090
就会生成2摩尔的水和大量的热量

41
00:02:01,090 --> 00:02:02,600
这样会产生爆炸的

42
00:02:06,670 --> 00:02:09,310
我的意思是 虽然我们谈到了兴登堡号

43
00:02:09,310 --> 00:02:10,450
但是 我写下这个方程式

44
00:02:10,450 --> 00:02:13,430
是想展示给你看 什么被氧化了

45
00:02:13,430 --> 00:02:15,510
什么被还原了

46
00:02:15,510 --> 00:02:18,040
那么 在这种情况下的氢气

47
00:02:18,040 --> 00:02:20,620
氢分子是这样子的

48
00:02:20,620 --> 00:02:23,620
有一个氢-氢键

49
00:02:23,620 --> 00:02:25,480
两个氢原子互相共享对方的一个电子

50
00:02:25,480 --> 00:02:29,090
这样两个原子的1s轨道就饱和了

51
00:02:29,090 --> 00:02:31,160
它们并不丢失电子

52
00:02:31,160 --> 00:02:33,510
并不占用对方的电子

53
00:02:33,510 --> 00:02:35,810
可以说 它们处于中性氧化状态

54
00:02:35,810 --> 00:02:37,280
它们并不得到或失去电子

55
00:02:37,280 --> 00:02:38,370
只是共用一对电子

56
00:02:38,370 --> 00:02:40,850
氧分子也是一样

57
00:02:40,850 --> 00:02:44,000
两个氧原子之间有一个双键

58
00:02:44,000 --> 00:02:45,650
它们都是氧原子

59
00:02:45,650 --> 00:02:48,940
也不会造成一个氧原子得到或失去一个电子

60
00:02:48,940 --> 00:02:53,300
但是 当到了方程式这一边的时候

61
00:02:53,300 --> 00:02:54,510
有趣的事情发生了

62
00:02:54,510 --> 00:02:58,520
每个氧原子连接着两个氢原子

63
00:03:02,000 --> 00:03:03,490
我们考虑的是

64
00:03:03,490 --> 00:03:07,620
氧占有了两个氢原子的电子

65
00:03:07,620 --> 00:03:10,160
氢在它的价电子层上有一个电子

66
00:03:10,160 --> 00:03:12,160
大部分共价键的交易是

67
00:03:12,160 --> 00:03:13,410
嘿 我给你一个电子

68
00:03:13,410 --> 00:03:15,710
你给我一个电子 我们就形成了完整的一对

69
00:03:15,710 --> 00:03:18,730
但是 我们知道

70
00:03:18,730 --> 00:03:23,030
氧比氢具有更强的负电性

71
00:03:23,030 --> 00:03:24,580
这边是葡萄糖

72
00:03:24,580 --> 00:03:29,180
是我们在上次的细胞呼吸视频中用到的

73
00:03:29,180 --> 00:03:30,160
你可以忽略它

74
00:03:30,160 --> 00:03:33,040
但是 以后的视频中 我会把它们联系起来

75
00:03:33,040 --> 00:03:35,030
我们看一下元素周期表

76
00:03:35,030 --> 00:03:37,110
如果你还记得化学课的内容

77
00:03:37,110 --> 00:03:39,560
当向元素周期表的右上方向前进时

78
00:03:39,560 --> 00:03:42,530
负电性会增加

79
00:03:42,530 --> 00:03:46,420
这里是负电性最强的元素

80
00:03:46,420 --> 00:03:48,780
而这里是负电性最弱的

81
00:03:48,780 --> 00:03:51,970
负电性意味着 占有电子的能力

82
00:03:53,400 --> 00:04:03,640
负电性意味着容易占有电子

83
00:04:03,640 --> 00:04:08,100
尽管氧和氢以共价键形式形成水--

84
00:04:08,100 --> 00:04:12,390
它们在共用一对电子--氧具有更强的负电性

85
00:04:12,390 --> 00:04:14,180
比氢更强的负电性

86
00:04:14,180 --> 00:04:15,890
所以 它就要占用电子了

87
00:04:15,890 --> 00:04:17,580
实际上 如果拿这边的元素

88
00:04:17,580 --> 00:04:19,610
和这边的元素结合

89
00:04:19,610 --> 00:04:22,720
这边的元素比那些左侧的

90
00:04:22,720 --> 00:04:24,010
具有更强的负电性

91
00:04:24,010 --> 00:04:26,420
它们实际会完全占有电子

92
00:04:26,420 --> 00:04:28,690
而不只是大部分时间占用电子

93
00:04:29,010 --> 00:04:33,220
当谈论负电性的时候 它意味着不完全地得到电子

94
00:04:33,220 --> 00:04:36,780
我们看氢和氧之间的共价键

95
00:04:36,780 --> 00:04:40,240
在元素周期表上可以看到 氧的负电性更强

96
00:04:40,240 --> 00:04:43,990
所以 电子被氧原子占用的时间更长

97
00:04:43,990 --> 00:04:46,210
我们学过氢键

98
00:04:46,210 --> 00:04:49,750
它在水分子的这边

99
00:04:49,750 --> 00:04:51,150
形成了偏移的负电荷

100
00:04:51,150 --> 00:04:54,750
在这边形成了偏移的正电荷

101
00:04:54,750 --> 00:04:57,660
电子偶尔会出现在氢原子附近

102
00:04:57,660 --> 00:05:01,520
当谈论氧化和还原时 你会说 看

103
00:05:01,520 --> 00:05:02,950
这里没有偏移的电荷

104
00:05:03,010 --> 00:05:06,540
如果一个原子 处于氧化状态时

105
00:05:06,540 --> 00:05:09,250
在更多的时间占用电子

106
00:05:09,250 --> 00:05:12,250
我们就说 它占有了电子

107
00:05:12,250 --> 00:05:15,720
所以 对于氧化状态 我们认为

108
00:05:15,720 --> 00:05:18,290
水中的氧原子占有了电子

109
00:05:18,290 --> 00:05:22,550
我们就会给它的氧化态一个负号

110
00:05:22,550 --> 00:05:24,720
或者 习惯性地

111
00:05:24,720 --> 00:05:27,010
在氧化态的后面写出电荷

112
00:05:27,010 --> 00:05:29,290
这样 电荷数就很清楚了

113
00:05:29,290 --> 00:05:31,390
所以这里记为1-

114
00:05:31,390 --> 00:05:34,440
因为从氧化态的观点来看 它占有了电子

115
00:05:34,440 --> 00:05:35,650
它获得了电子

116
00:05:35,650 --> 00:05:36,940
这就是为什么我在这里加了引号

117
00:05:36,940 --> 00:05:38,490
因为并不是真正得到了电子

118
00:05:38,490 --> 00:05:40,060
只是大部分时间获得了电子

119
00:05:40,060 --> 00:05:42,010
占有了电子

120
00:05:42,010 --> 00:05:45,850
同样地 这个氢原子--我认真一点 这不是--

121
00:05:45,850 --> 00:05:48,000
它从这个氢原子得到一个电子

122
00:05:48,000 --> 00:05:49,930
从这个氢原子得到另一个电子

123
00:05:49,930 --> 00:05:52,340
所以 不是一1- 应该是2-

124
00:05:52,340 --> 00:05:56,680
应该是2- 因为它从这里占有一个

125
00:05:56,680 --> 00:05:58,160
从这里占有一个

126
00:05:58,160 --> 00:06:03,060
一般情况下 当氧和非氧的原子或元素

127
00:06:03,060 --> 00:06:04,440
结合时

128
00:06:04,440 --> 00:06:10,060
它常常记为2- 或者说处于-2价氧化状态

129
00:06:10,060 --> 00:06:14,480
氧呈现-2价状态 因为它得到了两个电子

130
00:06:14,480 --> 00:06:19,130
我写在引号里 得到两个电子

131
00:06:19,130 --> 00:06:21,810
我们知道 并不是真正得到 只是占用

132
00:06:21,810 --> 00:06:24,680
两个氢各失去一个电子

133
00:06:24,680 --> 00:06:28,020
所以 这个氢的氧化状态是+1价

134
00:06:28,020 --> 00:06:32,740
这个氢的氧化状态也是+1价

135
00:06:32,740 --> 00:06:36,860
可以说 通过氢在氧气中的燃烧

136
00:06:36,860 --> 00:06:40,840
氢原子--在它们零氧状态之前

137
00:06:40,840 --> 00:06:43,220
这些氢原子都有零氧状态

138
00:06:43,220 --> 00:06:45,330
现在有了+1价的氧化状态

139
00:06:45,330 --> 00:06:48,060
因为它们在和氧结合的过程中 失去了电子

140
00:06:48,060 --> 00:06:52,350
所以 我们说氢被氧化了

141
00:06:56,750 --> 00:07:05,020
通过这个反应 氢气被氧化了

142
00:07:05,020 --> 00:07:06,810
为什么它被氧化了呢？

143
00:07:06,810 --> 00:07:10,020
因为起初 原子间能够稳定地共用一对电子

144
00:07:10,020 --> 00:07:13,020
然后 它和氧气结合 氧气占用了它的电子

145
00:07:13,020 --> 00:07:18,030
所以 氢气把电子给了氧气 它就被氧化了

146
00:07:18,030 --> 00:07:31,000
类似地 通过燃烧反应 氧气被还原了

147
00:07:31,000 --> 00:07:32,010
为什么它被还原了呢？

148
00:07:32,010 --> 00:07:35,230
这里 它只是共用电子对 并没有电子的得失

149
00:07:35,230 --> 00:07:38,990
当它和一种低负电性的

150
00:07:38,990 --> 00:07:40,790
原子结合时

151
00:07:40,790 --> 00:07:44,610
它就占有了氢原子的电子

152
00:07:44,610 --> 00:07:47,810
这里的电荷就减少了2个

153
00:07:50,540 --> 00:07:53,660
我想对所有的电子都做出说明

154
00:07:53,660 --> 00:07:55,460
因为我们在讨论电子的得与失

155
00:07:55,460 --> 00:07:58,270
我们可以写出两个反应

156
00:07:58,270 --> 00:08:01,000
这些是对化学课的一些复习

157
00:08:01,000 --> 00:08:02,680
复习一遍还是有好处的

158
00:08:02,680 --> 00:08:04,360
下面我将把这些知识用在生物学中

159
00:08:04,360 --> 00:08:07,430
这样你们可以

160
00:08:07,430 --> 00:08:10,000
重新形成这些知识结构

161
00:08:10,000 --> 00:08:11,550
我们可以写出两个反应

162
00:08:11,550 --> 00:08:17,010
我们从2摩尔的氢分子开始

163
00:08:17,010 --> 00:08:21,000
它们不是氧化态的 或者说它们是中性的

164
00:08:21,000 --> 00:08:23,000
我在这写下一个0

165
00:08:23,000 --> 00:08:25,290
然后 在方程式另一边

166
00:08:25,290 --> 00:08:29,330
以2摩尔的H2结束

167
00:08:29,330 --> 00:08:35,320
现在每个氢原子都是+1价的氧化态

168
00:08:39,010 --> 00:08:41,500
或者 从另一方面考虑 每个氢原子--

169
00:08:41,500 --> 00:08:42,920
这里有四个氢原子

170
00:08:42,920 --> 00:08:45,000
这是有两个氢原子的氢分子

171
00:08:45,000 --> 00:08:46,110
这里有2摩尔的氢分子

172
00:08:46,110 --> 00:08:47,550
所以 共有4个氢原子

173
00:08:47,550 --> 00:08:50,340
4个氢原子各自失去一个电子

174
00:08:50,340 --> 00:08:54,050
我们可以这样写 加上4个电子

175
00:08:54,050 --> 00:08:58,470
这是反应的一半 即氢气的反应 它失去4个电子

176
00:08:58,470 --> 00:09:03,730
这种方式也说明了氢被氧化

177
00:09:03,730 --> 00:09:09,000
因为它失去了电子

178
00:09:09,000 --> 00:09:11,020
OIL:氧化反应是失去电子

179
00:09:11,020 --> 00:09:16,770
另一半反应就是氧气的反应

180
00:09:16,770 --> 00:09:20,640
左边是1摩尔的氧气

181
00:09:20,640 --> 00:09:24,050
加上4个电子

182
00:09:24,050 --> 00:09:26,000
电子不是凭空而来的

183
00:09:26,000 --> 00:09:29,220
是从氢中得到的 它要加到氧分子中去

184
00:09:29,220 --> 00:09:35,970
这一半反应的右边 以2摩尔--

185
00:09:35,970 --> 00:09:38,920
我这样写--2摩尔氧

186
00:09:38,920 --> 00:09:43,870
每摩尔氧都是-2价的氧化态

187
00:09:43,870 --> 00:09:45,060
这就是另一半反应

188
00:09:45,060 --> 00:09:47,450
这些都表明 在燃烧的过程中

189
00:09:47,450 --> 00:09:50,420
氢失去了电子

190
00:09:50,420 --> 00:09:55,160
氧得到了氢失去的电子

191
00:09:55,160 --> 00:10:01,940
这告诉我们 氧气被还原了

192
00:10:01,940 --> 00:10:03,930
这就对了

193
00:10:03,930 --> 00:10:07,600
这些是对化学课知识的复习

194
00:10:07,600 --> 00:10:09,660
接下来 会更加令人困惑

195
00:10:09,660 --> 00:10:12,570
我将介绍生物学家是如何考虑这个反应的

196
00:10:12,570 --> 00:10:14,490
那么-- 当然不总是这样

197
00:10:14,490 --> 00:10:16,220
有时候 生物学家会用到

198
00:10:16,220 --> 00:10:17,820
你在化学课中学到的定义

199
00:10:17,820 --> 00:10:22,140
但是生物学家--或者许多生物课本--会说--

200
00:10:22,140 --> 00:10:24,920
这曾经也令我非常困惑--

201
00:10:24,920 --> 00:10:34,360
氧化过程是失去氢原子的过程

202
00:10:38,070 --> 00:10:51,890
还原过程是得到氢原子的过程

203
00:10:51,890 --> 00:10:54,690
开始我接触这个定义的时候 我想

204
00:10:54,690 --> 00:10:57,330
好像化学课上学到过 但那时讨论的是电子

205
00:10:57,330 --> 00:11:01,010
氢原子由一个质子和一个电子组成 这有什么关系吗？

206
00:11:01,010 --> 00:11:03,070
为什么这两种定义--

207
00:11:03,070 --> 00:11:04,770
这实际上是这个视频的全部要点

208
00:11:04,770 --> 00:11:07,440
为什么这两种定义是一致的

209
00:11:07,440 --> 00:11:11,060
因为 在生物世界中

210
00:11:17,590 --> 00:11:22,170
氢常常和周边物质发生反应

211
00:11:22,170 --> 00:11:30,050
常常和碳 氧 磷 氮等原子结合

212
00:11:30,050 --> 00:11:36,770
我们看元素周期表 看到氢的位置

213
00:11:36,770 --> 00:11:41,540
碳 氮 氧 磷的位置

214
00:11:41,540 --> 00:11:43,740
实际上 所有其他物质

215
00:11:43,740 --> 00:11:46,040
你看到的生物系统中的物质

216
00:11:46,040 --> 00:11:51,080
氢结合的元素通常是

217
00:11:51,080 --> 00:11:52,800
负电性较强的

218
00:11:52,800 --> 00:11:55,610
所以 如果一个碳和一个氢结合

219
00:11:55,610 --> 00:11:57,610
这个碳就占有了那个电子

220
00:11:57,610 --> 00:12:00,430
如果那个氢和电子转移给一个氧分子

221
00:12:00,430 --> 00:12:04,820
碳就会失去氢原子

222
00:12:04,820 --> 00:12:07,360
实际上 它失去的是原来占有的电子

223
00:12:07,360 --> 00:12:09,950
那么 现在氧就占有了那个电子

224
00:12:09,950 --> 00:12:11,820
所以 两种定义是完全一致的

225
00:12:11,820 --> 00:12:13,780
我给你们举这个例子的原因是

226
00:12:13,780 --> 00:12:17,820
生物学中的定义在这里并不适用

227
00:12:17,820 --> 00:12:19,340
你可能会说

228
00:12:19,340 --> 00:12:23,640
嗯 这个反应中氧得到了氢

229
00:12:23,640 --> 00:12:27,000
那么 根据生物学中的定义

230
00:12:27,000 --> 00:12:29,990
我们可以说 氧被还原了

231
00:12:29,990 --> 00:12:34,470
但是 不能说氢失去了氢原子

232
00:12:34,470 --> 00:12:37,980
这种情况下 只是氢失去了电子

233
00:12:37,980 --> 00:12:39,350
它并没有失去它本身

234
00:12:39,350 --> 00:12:42,000
你们可能说 因为它被吸收了 所以失去了它本身

235
00:12:42,000 --> 00:12:44,860
但是 生物学中的定义不是这样来的

236
00:12:44,860 --> 00:12:49,510
当氢和生物体内的化合物结合时

237
00:12:49,510 --> 00:12:51,430
常常提供电子

238
00:12:51,430 --> 00:12:54,380
所以 如果碳失去氢 并把它给氧时

239
00:12:54,380 --> 00:12:58,170
碳失去的是它占用的氢的一个电子

240
00:12:58,170 --> 00:12:59,730
而这个电子被氧占用了

241
00:12:59,730 --> 00:13:04,030
所以 碳被氧化 氧被还原

242
00:13:04,030 --> 00:13:05,380
希望你能够明白

243
00:13:05,380 --> 00:13:07,920
在下一个视频中 我会举更多例子

244
00:13:07,920 --> 00:13:09,250
这样做的原因是

245
00:13:09,250 --> 00:13:12,040
为了把这些知识应用到细胞呼吸中去

246
00:13:12,040 --> 00:13:14,560
这样 有人说NAD得到氢是被还原了

247
00:13:14,560 --> 00:13:20,770
或者 失去氢就是被氧化了

248
00:13:20,770 --> 00:13:23,200
或者 等等

249
00:13:23,200 --> 00:13:23,900
你不会感到疑惑

250
00:13:23,900 --> 00:13:26,000
我想让你知道

251
00:13:26,000 --> 00:13:28,130
这些定义和你在化学课上学到的是一样的