0:00:00.050,0:00:01.850
我們這次課的內容

0:00:01.850,0:00:04.520
是複習化學課中所講的

0:00:04.520,0:00:10.040
關於氧化反應和還原反應的知識

0:00:10.040,0:00:13.660
我們會看到 化學課的知識

0:00:13.660,0:00:16.980
與生物學家或者說生化學家使用的術語

0:00:16.980,0:00:17.950
是如何相關的

0:00:17.950,0:00:20.020
最後 我們會看到它們實際上是一樣的

0:00:20.020,0:00:23.300
作爲複習 如果你看了化學的影片課

0:00:23.300,0:00:25.000
氧化反應 可以看做--

0:00:25.000,0:00:27.030
實際上 有一個著名的助記符號

0:00:27.030,0:00:37.090
它就是OIL和RIG oil意爲氧化反應是失去--

0:00:37.090,0:00:39.920
我把它放在引號內 因爲反應未必會失去電子

0:00:39.920,0:00:43.410
大家馬上就會明白我的意思-- 是失去電子

0:00:43.410,0:00:46.550
這就是你在化學課中學到的

0:00:46.550,0:00:53.970
你也學到了 還原反應是得到

0:00:53.970,0:00:55.590
我也把它放在引號內

0:00:55.590,0:01:00.640
是得到電子

0:01:00.640,0:01:01.470
放進引號內的原因

0:01:01.470,0:01:03.230
是未必會得到電子

0:01:03.230,0:01:04.990
更多情況是占用電子

0:01:04.990,0:01:06.580
它被稱爲還原反應的原因是

0:01:06.580,0:01:11.100
如果得到了電子 如果是真正得到電子

0:01:11.100,0:01:14.000
那麽電荷就減少了

0:01:14.000,0:01:15.940
它被稱爲氧化反應的原因是

0:01:15.940,0:01:19.070
反應物常常是失去電子給氧氣

0:01:19.070,0:01:20.860
當然 不一定必須是氧氣

0:01:20.860,0:01:24.080
可以是任何從反應物得到電子的分子

0:01:24.080,0:01:27.750
我想 爲使說明更加具體

0:01:27.750,0:01:29.860
舉個例子比較好

0:01:29.860,0:01:32.410
這裡有一些氫分子

0:01:32.410,0:01:34.710
是氣態的

0:01:34.710,0:01:39.110
然後 使它和氧分子發生燃燒反應

0:01:39.110,0:01:40.740
這就是1937年在“興登堡號”飛艇上發生的事故

0:01:40.740,0:01:42.590
充滿氫氣的氫氣球

0:01:42.590,0:01:44.060
在遇到火花

0:01:44.060,0:01:46.910
同時暴露在氧氣下時 就會産生爆炸

0:01:46.910,0:01:49.900
在這個過程中 對於每莫耳氧分子

0:01:49.900,0:01:52.880
如果有2莫耳氫分子--

0:01:52.880,0:01:54.700
這個方程式就平衡了

0:01:54.700,0:02:01.090
就會生成2莫耳的水和大量的熱量

0:02:01.090,0:02:02.600
這樣會産生爆炸的

0:02:06.670,0:02:09.310
我的意思是 雖然我們談到了興登堡號

0:02:09.310,0:02:10.450
但是 我寫下這個方程式

0:02:10.450,0:02:13.430
是想展示給你看 什麽被氧化了

0:02:13.430,0:02:15.510
什麽被還原了

0:02:15.510,0:02:18.040
那麽 在這種情況下的氫氣

0:02:18.040,0:02:20.620
氫分子是這樣子的

0:02:20.620,0:02:23.620
有一個氫-氫鍵

0:02:23.620,0:02:25.480
兩個氫原子互相共享對方的一個電子

0:02:25.480,0:02:29.090
這樣兩個原子的1s軌道就飽和了

0:02:29.090,0:02:31.160
它們並不丟失電子

0:02:31.160,0:02:33.510
並不占用對方的電子

0:02:33.510,0:02:35.810
可以說 它們處於中性氧化狀態

0:02:35.810,0:02:37.280
它們並不得到或失去電子

0:02:37.280,0:02:38.370
只是共用一對電子

0:02:38.370,0:02:40.850
氧分子也是一樣

0:02:40.850,0:02:44.000
兩個氧原子之間有一個雙鍵

0:02:44.000,0:02:45.650
它們都是氧原子

0:02:45.650,0:02:48.940
也不會造成一個氧原子得到或失去一個電子

0:02:48.940,0:02:53.300
但是 當到了方程式這一邊的時候

0:02:53.300,0:02:54.510
有趣的事情發生了

0:02:54.510,0:02:58.520
每個氧原子連接著兩個氫原子

0:03:02.000,0:03:03.490
我們考慮的是

0:03:03.490,0:03:07.620
氧占有了兩個氫原子的電子

0:03:07.620,0:03:10.160
氫在它的價殼上有一個電子

0:03:10.160,0:03:12.160
大部分共價鍵的交易是

0:03:12.160,0:03:13.410
嘿 我給你一個電子

0:03:13.410,0:03:15.710
你給我一個電子 我們就形成了完整的一對

0:03:15.710,0:03:18.730
但是 我們知道

0:03:18.730,0:03:23.030
氧比氫具有更強的負電性

0:03:23.030,0:03:24.580
這邊是葡萄糖

0:03:24.580,0:03:29.180
是我們在上次的細胞呼吸影片中用到的

0:03:29.180,0:03:30.160
你可以忽略它

0:03:30.160,0:03:33.040
但是 以後的影片中 我會把它們聯係起來

0:03:33.040,0:03:35.030
我們看一下元素周期表

0:03:35.030,0:03:37.110
如果你還記得化學課的內容

0:03:37.110,0:03:39.560
當向元素周期表的右上方向前進時

0:03:39.560,0:03:42.530
負電性會增加

0:03:42.530,0:03:46.420
這裡是負電性最強的元素

0:03:46.420,0:03:48.780
而這裡是負電性最弱的

0:03:48.780,0:03:51.970
負電性意味著 占有電子的能力

0:03:53.400,0:04:03.640
負電性意味著容易占有電子

0:04:03.640,0:04:08.100
盡管氧和氫以共價鍵形式形成水--

0:04:08.100,0:04:12.390
它們在共用一對電子--氧具有更強的負電性

0:04:12.390,0:04:14.180
比氫更強的負電性

0:04:14.180,0:04:15.890
所以 它就要占用電子了

0:04:15.890,0:04:17.580
實際上 如果拿這邊的元素

0:04:17.580,0:04:19.610
和這邊的元素結合

0:04:19.610,0:04:22.720
這邊的元素比那些左側的

0:04:22.720,0:04:24.010
具有更強的負電性

0:04:24.010,0:04:26.420
它們實際會完全占有電子

0:04:26.420,0:04:28.690
而不只是大部分時間占用電子

0:04:29.010,0:04:33.220
當談論負電性的時候 它意味著不完全地得到電子

0:04:33.220,0:04:36.780
我們看氫和氧之間的共價鍵

0:04:36.780,0:04:40.240
在元素周期表上可以看到 氧的負電性更強

0:04:40.240,0:04:43.990
所以 電子被氧原子占用的時間更長

0:04:43.990,0:04:46.210
我們學過氫鍵

0:04:46.210,0:04:49.750
它在水分子的這邊

0:04:49.750,0:04:51.150
形成了偏移的負電荷

0:04:51.150,0:04:54.750
在這邊形成了偏移的正電荷

0:04:54.750,0:04:57.660
電子偶爾會出現在氫原子附近

0:04:57.660,0:05:01.520
當談論氧化和還原時 你會說 看

0:05:01.520,0:05:02.950
這裡沒有偏移的電荷

0:05:03.010,0:05:06.540
如果一個原子 處於氧化狀態時

0:05:06.540,0:05:09.250
在更多的時間占用電子

0:05:09.250,0:05:12.250
我們就說 它占有了電子

0:05:12.250,0:05:15.720
所以 對於氧化狀態 我們認爲

0:05:15.720,0:05:18.290
水中的氧原子占有了電子

0:05:18.290,0:05:22.550
我們就會給它的氧化態一個負號

0:05:22.550,0:05:24.720
或者 習慣性地

0:05:24.720,0:05:27.010
在氧化態的後面寫出電荷

0:05:27.010,0:05:29.290
這樣 電荷數就很清楚了

0:05:29.290,0:05:31.390
所以這裡記爲1-

0:05:31.390,0:05:34.440
因爲從氧化態的觀點來看 它占有了電子

0:05:34.440,0:05:35.650
它獲得了電子

0:05:35.650,0:05:36.940
這就是爲什麽我在這裡加了引號

0:05:36.940,0:05:38.490
因爲並不是真正得到了電子

0:05:38.490,0:05:40.060
只是大部分時間獲得了電子

0:05:40.060,0:05:42.010
占有了電子

0:05:42.010,0:05:45.850
同樣地 這個氫原子--我認真一點 這不是--

0:05:45.850,0:05:48.000
它從這個氫原子得到一個電子

0:05:48.000,0:05:49.930
從這個氫原子得到另一個電子

0:05:49.930,0:05:52.340
所以 不是一1- 應該是2-

0:05:52.340,0:05:56.680
應該是2- 因爲它從這裡占有一個

0:05:56.680,0:05:58.160
從這裡占有一個

0:05:58.160,0:06:03.060
一般情況下 當氧和非氧的原子或元素

0:06:03.060,0:06:04.440
結合時

0:06:04.440,0:06:10.060
它常常記爲2- 或者說處於-2價氧化狀態

0:06:10.060,0:06:14.480
氧呈現-2價狀態 因爲它得到了兩個電子

0:06:14.480,0:06:19.130
我寫在引號裏 得到兩個電子

0:06:19.130,0:06:21.810
我們知道 並不是真正得到 只是占用

0:06:21.810,0:06:24.680
兩個氫各失去一個電子

0:06:24.680,0:06:28.020
所以 這個氫的氧化狀態是+1價

0:06:28.020,0:06:32.740
這個氫的氧化狀態也是+1價

0:06:32.740,0:06:36.860
可以說 通過氫在氧氣中的燃燒

0:06:36.860,0:06:40.840
氫原子--在它們零氧狀態之前

0:06:40.840,0:06:43.220
這些氫原子都有零氧狀態

0:06:43.220,0:06:45.330
現在有了+1價的氧化狀態

0:06:45.330,0:06:48.060
因爲它們在和氧結合的過程中 失去了電子

0:06:48.060,0:06:52.350
所以 我們說氫被氧化了

0:06:56.750,0:07:05.020
通過這個反應 氫氣被氧化了

0:07:05.020,0:07:06.810
爲什麽它被氧化了呢？

0:07:06.810,0:07:10.020
因爲起初 原子間能夠穩定地共用一對電子

0:07:10.020,0:07:13.020
然後 它和氧氣結合 氧氣占用了它的電子

0:07:13.020,0:07:18.030
所以 氫氣把電子給了氧氣 它就被氧化了

0:07:18.030,0:07:31.000
類似地 通過燃燒反應 氧氣被還原了

0:07:31.000,0:07:32.010
爲什麽它被還原了呢？

0:07:32.010,0:07:35.230
這裡 它只是共用電子對 並沒有電子的得失

0:07:35.230,0:07:38.990
當它和一種低負電性的

0:07:38.990,0:07:40.790
原子結合時

0:07:40.790,0:07:44.610
它就占有了氫原子的電子

0:07:44.610,0:07:47.810
這裡的電荷就減少了2個

0:07:50.540,0:07:53.660
我想對所有的電子都做出說明

0:07:53.660,0:07:55.460
因爲我們在討論電子的得與失

0:07:55.460,0:07:58.270
我們可以寫出兩個反應

0:07:58.270,0:08:01.000
這些是對化學課的一些複習

0:08:01.000,0:08:02.680
複習一遍還是有好處的

0:08:02.680,0:08:04.360
下面我將把這些知識用在生物學中

0:08:04.360,0:08:07.430
這樣你們可以

0:08:07.430,0:08:10.000
重新形成這些知識結構

0:08:10.000,0:08:11.550
我們可以寫出兩個反應

0:08:11.550,0:08:17.010
我們從2莫耳的氫分子開始

0:08:17.010,0:08:21.000
它們不是氧化態的 或者說它們是中性的

0:08:21.000,0:08:23.000
我在這寫下一個0

0:08:23.000,0:08:25.290
然後 在方程式另一邊

0:08:25.290,0:08:29.330
以2莫耳的H2結束

0:08:29.330,0:08:35.320
現在每個氫原子都是+1價的氧化態

0:08:39.010,0:08:41.500
或者 從另一方面考慮 每個氫原子--

0:08:41.500,0:08:42.920
這裡有四個氫原子

0:08:42.920,0:08:45.000
這是有兩個氫原子的氫分子

0:08:45.000,0:08:46.110
這裡有2莫耳的氫分子

0:08:46.110,0:08:47.550
所以 共有4個氫原子

0:08:47.550,0:08:50.340
4個氫原子各自失去一個電子

0:08:50.340,0:08:54.050
我們可以這樣寫 加上4個電子

0:08:54.050,0:08:58.470
這是反應的一半 即氫氣的反應 它失去4個電子

0:08:58.470,0:09:03.730
這種方式也說明了氫被氧化

0:09:03.730,0:09:09.000
因爲它失去了電子

0:09:09.000,0:09:11.020
OIL:氧化反應是失去電子

0:09:11.020,0:09:16.770
另一半反應就是氧氣的反應

0:09:16.770,0:09:20.640
左邊是1莫耳的氧氣

0:09:20.640,0:09:24.050
加上4個電子

0:09:24.050,0:09:26.000
電子不是憑空而來的

0:09:26.000,0:09:29.220
是從氫中得到的 它要加到氧分子中去

0:09:29.220,0:09:35.970
這一半反應的右邊 以2莫耳--

0:09:35.970,0:09:38.920
我這樣寫--2莫耳氧

0:09:38.920,0:09:43.870
每莫耳氧都是-2價的氧化態

0:09:43.870,0:09:45.060
這就是另一半反應

0:09:45.060,0:09:47.450
這些都表明 在燃燒的過程中

0:09:47.450,0:09:50.420
氫失去了電子

0:09:50.420,0:09:55.160
氧得到了氫失去的電子

0:09:55.160,0:10:01.940
這告訴我們 氧氣被還原了

0:10:01.940,0:10:03.930
這就對了

0:10:03.930,0:10:07.600
這些是對化學課知識的複習

0:10:07.600,0:10:09.660
接下來 會更加令人困惑

0:10:09.660,0:10:12.570
我將介紹生物學家是如何考慮這個反應的

0:10:12.570,0:10:14.490
那麽-- 當然不總是這樣

0:10:14.490,0:10:16.220
有時候 生物學家會用到

0:10:16.220,0:10:17.820
你在化學課中學到的定義

0:10:17.820,0:10:22.140
但是生物學家--或者許多生物課本--會說--

0:10:22.140,0:10:24.920
這曾經也令我非常困惑--

0:10:24.920,0:10:34.360
氧化過程是失去氫原子的過程

0:10:38.070,0:10:51.890
還原過程是得到氫原子的過程

0:10:51.890,0:10:54.690
開始我接觸這個定義的時候 我想

0:10:54.690,0:10:57.330
好像化學課上學到過 但那時討論的是電子

0:10:57.330,0:11:01.010
氫原子由一個質子和一個電子組成 這有什麽關係嗎？

0:11:01.010,0:11:03.070
爲什麽這兩種定義--

0:11:03.070,0:11:04.770
這實際上是這個影片的全部要點

0:11:04.770,0:11:07.440
爲什麽這兩種定義是一致的

0:11:07.440,0:11:11.060
因爲 在生物世界中

0:11:17.590,0:11:22.170
氫常常和周邊物質發生反應

0:11:22.170,0:11:30.050
常常和碳 氧 磷 氮等原子結合

0:11:30.050,0:11:36.770
我們看元素周期表 看到氫的位置

0:11:36.770,0:11:41.540
碳 氮 氧 磷的位置

0:11:41.540,0:11:43.740
實際上 所有其他物質

0:11:43.740,0:11:46.040
你看到的生物係統中的物質

0:11:46.040,0:11:51.080
氫結合的元素通常是

0:11:51.080,0:11:52.800
負電性較強的

0:11:52.800,0:11:55.610
所以 如果一個碳和一個氫結合

0:11:55.610,0:11:57.610
這個碳就占有了那個電子

0:11:57.610,0:12:00.430
如果那個氫和電子轉移給一個氧分子

0:12:00.430,0:12:04.820
碳就會失去氫原子

0:12:04.820,0:12:07.360
實際上 它失去的是原來占有的電子

0:12:07.360,0:12:09.950
那麽 現在氧就占有了那個電子

0:12:09.950,0:12:11.820
所以 兩種定義是完全一致的

0:12:11.820,0:12:13.780
我給你們舉這個例子的原因是

0:12:13.780,0:12:17.820
生物學中的定義在這裡並不適用

0:12:17.820,0:12:19.340
你可能會說

0:12:19.340,0:12:23.640
嗯 這個反應中氧得到了氫

0:12:23.640,0:12:27.000
那麽 根據生物學中的定義

0:12:27.000,0:12:29.990
我們可以說 氧被還原了

0:12:29.990,0:12:34.470
但是 不能說氫失去了氫原子

0:12:34.470,0:12:37.980
這種情況下 只是氫失去了電子

0:12:37.980,0:12:39.350
它並沒有失去它本身

0:12:39.350,0:12:42.000
你們可能說 因爲它被吸收了 所以失去了它本身

0:12:42.000,0:12:44.860
但是 生物學中的定義不是這樣來的

0:12:44.860,0:12:49.510
當氫和生物體內的化合物結合時

0:12:49.510,0:12:51.430
常常提供電子

0:12:51.430,0:12:54.380
所以 如果碳失去氫 並把它給氧時

0:12:54.380,0:12:58.170
碳失去的是它占用的氫的一個電子

0:12:58.170,0:12:59.730
而這個電子被氧占用了

0:12:59.730,0:13:04.030
所以 碳被氧化 氧被還原

0:13:04.030,0:13:05.380
希望你能夠明白

0:13:05.380,0:13:07.920
在下一個影片中 我會舉更多例子

0:13:07.920,0:13:09.250
這樣做的原因是

0:13:09.250,0:13:12.040
爲了把這些知識應用到細胞呼吸中去

0:13:12.040,0:13:14.560
這樣 有人說NAD得到氫是被還原了

0:13:14.560,0:13:20.770
或者 失去氫就是被氧化了

0:13:20.770,0:13:23.200
或者 等等

0:13:23.200,0:13:23.900
你不會感到疑惑

0:13:23.900,0:13:26.000
我想讓你知道

0:13:26.000,0:13:28.130
這些定義和你在化學課上學到的是一樣的