我們這次課的內容
是複習化學課中所講的
關於氧化反應和還原反應的知識
我們會看到 化學課的知識
與生物學家或者說生化學家使用的術語
是如何相關的
最後 我們會看到它們實際上是一樣的
作爲複習 如果你看了化學的影片課
氧化反應 可以看做--
實際上 有一個著名的助記符號
它就是OIL和RIG oil意爲氧化反應是失去--
我把它放在引號內 因爲反應未必會失去電子
大家馬上就會明白我的意思-- 是失去電子
這就是你在化學課中學到的
你也學到了 還原反應是得到
我也把它放在引號內
是得到電子
放進引號內的原因
是未必會得到電子
更多情況是占用電子
它被稱爲還原反應的原因是
如果得到了電子 如果是真正得到電子
那麽電荷就減少了
它被稱爲氧化反應的原因是
反應物常常是失去電子給氧氣
當然 不一定必須是氧氣
可以是任何從反應物得到電子的分子
我想 爲使說明更加具體
舉個例子比較好
這裡有一些氫分子
是氣態的
然後 使它和氧分子發生燃燒反應
這就是1937年在“興登堡號”飛艇上發生的事故
充滿氫氣的氫氣球
在遇到火花
同時暴露在氧氣下時 就會産生爆炸
在這個過程中 對於每莫耳氧分子
如果有2莫耳氫分子--
這個方程式就平衡了
就會生成2莫耳的水和大量的熱量
這樣會産生爆炸的
我的意思是 雖然我們談到了興登堡號
但是 我寫下這個方程式
是想展示給你看 什麽被氧化了
什麽被還原了
那麽 在這種情況下的氫氣
氫分子是這樣子的
有一個氫-氫鍵
兩個氫原子互相共享對方的一個電子
這樣兩個原子的1s軌道就飽和了
它們並不丟失電子
並不占用對方的電子
可以說 它們處於中性氧化狀態
它們並不得到或失去電子
只是共用一對電子
氧分子也是一樣
兩個氧原子之間有一個雙鍵
它們都是氧原子
也不會造成一個氧原子得到或失去一個電子
但是 當到了方程式這一邊的時候
有趣的事情發生了
每個氧原子連接著兩個氫原子
我們考慮的是
氧占有了兩個氫原子的電子
氫在它的價殼上有一個電子
大部分共價鍵的交易是
嘿 我給你一個電子
你給我一個電子 我們就形成了完整的一對
但是 我們知道
氧比氫具有更強的負電性
這邊是葡萄糖
是我們在上次的細胞呼吸影片中用到的
你可以忽略它
但是 以後的影片中 我會把它們聯係起來
我們看一下元素周期表
如果你還記得化學課的內容
當向元素周期表的右上方向前進時
負電性會增加
這裡是負電性最強的元素
而這裡是負電性最弱的
負電性意味著 占有電子的能力
負電性意味著容易占有電子
盡管氧和氫以共價鍵形式形成水--
它們在共用一對電子--氧具有更強的負電性
比氫更強的負電性
所以 它就要占用電子了
實際上 如果拿這邊的元素
和這邊的元素結合
這邊的元素比那些左側的
具有更強的負電性
它們實際會完全占有電子
而不只是大部分時間占用電子
當談論負電性的時候 它意味著不完全地得到電子
我們看氫和氧之間的共價鍵
在元素周期表上可以看到 氧的負電性更強
所以 電子被氧原子占用的時間更長
我們學過氫鍵
它在水分子的這邊
形成了偏移的負電荷
在這邊形成了偏移的正電荷
電子偶爾會出現在氫原子附近
當談論氧化和還原時 你會說 看
這裡沒有偏移的電荷
如果一個原子 處於氧化狀態時
在更多的時間占用電子
我們就說 它占有了電子
所以 對於氧化狀態 我們認爲
水中的氧原子占有了電子
我們就會給它的氧化態一個負號
或者 習慣性地
在氧化態的後面寫出電荷
這樣 電荷數就很清楚了
所以這裡記爲1-
因爲從氧化態的觀點來看 它占有了電子
它獲得了電子
這就是爲什麽我在這裡加了引號
因爲並不是真正得到了電子
只是大部分時間獲得了電子
占有了電子
同樣地 這個氫原子--我認真一點 這不是--
它從這個氫原子得到一個電子
從這個氫原子得到另一個電子
所以 不是一1- 應該是2-
應該是2- 因爲它從這裡占有一個
從這裡占有一個
一般情況下 當氧和非氧的原子或元素
結合時
它常常記爲2- 或者說處於-2價氧化狀態
氧呈現-2價狀態 因爲它得到了兩個電子
我寫在引號裏 得到兩個電子
我們知道 並不是真正得到 只是占用
兩個氫各失去一個電子
所以 這個氫的氧化狀態是+1價
這個氫的氧化狀態也是+1價
可以說 通過氫在氧氣中的燃燒
氫原子--在它們零氧狀態之前
這些氫原子都有零氧狀態
現在有了+1價的氧化狀態
因爲它們在和氧結合的過程中 失去了電子
所以 我們說氫被氧化了
通過這個反應 氫氣被氧化了
爲什麽它被氧化了呢？
因爲起初 原子間能夠穩定地共用一對電子
然後 它和氧氣結合 氧氣占用了它的電子
所以 氫氣把電子給了氧氣 它就被氧化了
類似地 通過燃燒反應 氧氣被還原了
爲什麽它被還原了呢？
這裡 它只是共用電子對 並沒有電子的得失
當它和一種低負電性的
原子結合時
它就占有了氫原子的電子
這裡的電荷就減少了2個
我想對所有的電子都做出說明
因爲我們在討論電子的得與失
我們可以寫出兩個反應
這些是對化學課的一些複習
複習一遍還是有好處的
下面我將把這些知識用在生物學中
這樣你們可以
重新形成這些知識結構
我們可以寫出兩個反應
我們從2莫耳的氫分子開始
它們不是氧化態的 或者說它們是中性的
我在這寫下一個0
然後 在方程式另一邊
以2莫耳的H2結束
現在每個氫原子都是+1價的氧化態
或者 從另一方面考慮 每個氫原子--
這裡有四個氫原子
這是有兩個氫原子的氫分子
這裡有2莫耳的氫分子
所以 共有4個氫原子
4個氫原子各自失去一個電子
我們可以這樣寫 加上4個電子
這是反應的一半 即氫氣的反應 它失去4個電子
這種方式也說明了氫被氧化
因爲它失去了電子
OIL:氧化反應是失去電子
另一半反應就是氧氣的反應
左邊是1莫耳的氧氣
加上4個電子
電子不是憑空而來的
是從氫中得到的 它要加到氧分子中去
這一半反應的右邊 以2莫耳--
我這樣寫--2莫耳氧
每莫耳氧都是-2價的氧化態
這就是另一半反應
這些都表明 在燃燒的過程中
氫失去了電子
氧得到了氫失去的電子
這告訴我們 氧氣被還原了
這就對了
這些是對化學課知識的複習
接下來 會更加令人困惑
我將介紹生物學家是如何考慮這個反應的
那麽-- 當然不總是這樣
有時候 生物學家會用到
你在化學課中學到的定義
但是生物學家--或者許多生物課本--會說--
這曾經也令我非常困惑--
氧化過程是失去氫原子的過程
還原過程是得到氫原子的過程
開始我接觸這個定義的時候 我想
好像化學課上學到過 但那時討論的是電子
氫原子由一個質子和一個電子組成 這有什麽關係嗎？
爲什麽這兩種定義--
這實際上是這個影片的全部要點
爲什麽這兩種定義是一致的
因爲 在生物世界中
氫常常和周邊物質發生反應
常常和碳 氧 磷 氮等原子結合
我們看元素周期表 看到氫的位置
碳 氮 氧 磷的位置
實際上 所有其他物質
你看到的生物係統中的物質
氫結合的元素通常是
負電性較強的
所以 如果一個碳和一個氫結合
這個碳就占有了那個電子
如果那個氫和電子轉移給一個氧分子
碳就會失去氫原子
實際上 它失去的是原來占有的電子
那麽 現在氧就占有了那個電子
所以 兩種定義是完全一致的
我給你們舉這個例子的原因是
生物學中的定義在這裡並不適用
你可能會說
嗯 這個反應中氧得到了氫
那麽 根據生物學中的定義
我們可以說 氧被還原了
但是 不能說氫失去了氫原子
這種情況下 只是氫失去了電子
它並沒有失去它本身
你們可能說 因爲它被吸收了 所以失去了它本身
但是 生物學中的定義不是這樣來的
當氫和生物體內的化合物結合時
常常提供電子
所以 如果碳失去氫 並把它給氧時
碳失去的是它占用的氫的一個電子
而這個電子被氧占用了
所以 碳被氧化 氧被還原
希望你能夠明白
在下一個影片中 我會舉更多例子
這樣做的原因是
爲了把這些知識應用到細胞呼吸中去
這樣 有人說NAD得到氫是被還原了
或者 失去氫就是被氧化了
或者 等等
你不會感到疑惑
我想讓你知道
這些定義和你在化學課上學到的是一樣的