1
00:00:00,050 --> 00:00:01,850
我們這次課的內容

2
00:00:01,850 --> 00:00:04,520
是複習化學課中所講的

3
00:00:04,520 --> 00:00:10,040
關於氧化反應和還原反應的知識

4
00:00:10,040 --> 00:00:13,660
我們會看到 化學課的知識

5
00:00:13,660 --> 00:00:16,980
與生物學家或者說生化學家使用的術語

6
00:00:16,980 --> 00:00:17,950
是如何相關的

7
00:00:17,950 --> 00:00:20,020
最後 我們會看到它們實際上是一樣的

8
00:00:20,020 --> 00:00:23,300
作爲複習 如果你看了化學的影片課

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

10
00:00:25,000 --> 00:00:27,030
實際上 有一個著名的助記符號

11
00:00:27,030 --> 00:00:37,090
它就是OIL和RIG oil意爲氧化反應是失去--

12
00:00:37,090 --> 00:00:39,920
我把它放在引號內 因爲反應未必會失去電子

13
00:00:39,920 --> 00:00:43,410
大家馬上就會明白我的意思-- 是失去電子

14
00:00:43,410 --> 00:00:46,550
這就是你在化學課中學到的

15
00:00:46,550 --> 00:00:53,970
你也學到了 還原反應是得到

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

17
00:00:55,590 --> 00:01:00,640
是得到電子

18
00:01:00,640 --> 00:01:01,470
放進引號內的原因

19
00:01:01,470 --> 00:01:03,230
是未必會得到電子

20
00:01:03,230 --> 00:01:04,990
更多情況是占用電子

21
00:01:04,990 --> 00:01:06,580
它被稱爲還原反應的原因是

22
00:01:06,580 --> 00:01:11,100
如果得到了電子 如果是真正得到電子

23
00:01:11,100 --> 00:01:14,000
那麽電荷就減少了

24
00:01:14,000 --> 00:01:15,940
它被稱爲氧化反應的原因是

25
00:01:15,940 --> 00:01:19,070
反應物常常是失去電子給氧氣

26
00:01:19,070 --> 00:01:20,860
當然 不一定必須是氧氣

27
00:01:20,860 --> 00:01:24,080
可以是任何從反應物得到電子的分子

28
00:01:24,080 --> 00:01:27,750
我想 爲使說明更加具體

29
00:01:27,750 --> 00:01:29,860
舉個例子比較好

30
00:01:29,860 --> 00:01:32,410
這裡有一些氫分子

31
00:01:32,410 --> 00:01:34,710
是氣態的

32
00:01:34,710 --> 00:01:39,110
然後 使它和氧分子發生燃燒反應

33
00:01:39,110 --> 00:01:40,740
這就是1937年在“興登堡號”飛艇上發生的事故

34
00:01:40,740 --> 00:01:42,590
充滿氫氣的氫氣球

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

36
00:01:44,060 --> 00:01:46,910
同時暴露在氧氣下時 就會産生爆炸

37
00:01:46,910 --> 00:01:49,900
在這個過程中 對於每莫耳氧分子

38
00:01:49,900 --> 00:01:52,880
如果有2莫耳氫分子--

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

40
00:01:54,700 --> 00:02:01,090
就會生成2莫耳的水和大量的熱量

41
00:02:01,090 --> 00:02:02,600
這樣會産生爆炸的

42
00:02:06,670 --> 00:02:09,310
我的意思是 雖然我們談到了興登堡號

43
00:02:09,310 --> 00:02:10,450
但是 我寫下這個方程式

44
00:02:10,450 --> 00:02:13,430
是想展示給你看 什麽被氧化了

45
00:02:13,430 --> 00:02:15,510
什麽被還原了

46
00:02:15,510 --> 00:02:18,040
那麽 在這種情況下的氫氣

47
00:02:18,040 --> 00:02:20,620
氫分子是這樣子的

48
00:02:20,620 --> 00:02:23,620
有一個氫-氫鍵

49
00:02:23,620 --> 00:02:25,480
兩個氫原子互相共享對方的一個電子

50
00:02:25,480 --> 00:02:29,090
這樣兩個原子的1s軌道就飽和了

51
00:02:29,090 --> 00:02:31,160
它們並不丟失電子

52
00:02:31,160 --> 00:02:33,510
並不占用對方的電子

53
00:02:33,510 --> 00:02:35,810
可以說 它們處於中性氧化狀態

54
00:02:35,810 --> 00:02:37,280
它們並不得到或失去電子

55
00:02:37,280 --> 00:02:38,370
只是共用一對電子

56
00:02:38,370 --> 00:02:40,850
氧分子也是一樣

57
00:02:40,850 --> 00:02:44,000
兩個氧原子之間有一個雙鍵

58
00:02:44,000 --> 00:02:45,650
它們都是氧原子

59
00:02:45,650 --> 00:02:48,940
也不會造成一個氧原子得到或失去一個電子

60
00:02:48,940 --> 00:02:53,300
但是 當到了方程式這一邊的時候

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

62
00:02:54,510 --> 00:02:58,520
每個氧原子連接著兩個氫原子

63
00:03:02,000 --> 00:03:03,490
我們考慮的是

64
00:03:03,490 --> 00:03:07,620
氧占有了兩個氫原子的電子

65
00:03:07,620 --> 00:03:10,160
氫在它的價殼上有一個電子

66
00:03:10,160 --> 00:03:12,160
大部分共價鍵的交易是

67
00:03:12,160 --> 00:03:13,410
嘿 我給你一個電子

68
00:03:13,410 --> 00:03:15,710
你給我一個電子 我們就形成了完整的一對

69
00:03:15,710 --> 00:03:18,730
但是 我們知道

70
00:03:18,730 --> 00:03:23,030
氧比氫具有更強的負電性

71
00:03:23,030 --> 00:03:24,580
這邊是葡萄糖

72
00:03:24,580 --> 00:03:29,180
是我們在上次的細胞呼吸影片中用到的

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 以後的影片中 我會把它們聯係起來

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

76
00:03:35,030 --> 00:03:37,110
如果你還記得化學課的內容

77
00:03:37,110 --> 00:03:39,560
當向元素周期表的右上方向前進時

78
00:03:39,560 --> 00:03:42,530
負電性會增加

79
00:03:42,530 --> 00:03:46,420
這裡是負電性最強的元素

80
00:03:46,420 --> 00:03:48,780
而這裡是負電性最弱的

81
00:03:48,780 --> 00:03:51,970
負電性意味著 占有電子的能力

82
00:03:53,400 --> 00:04:03,640
負電性意味著容易占有電子

83
00:04:03,640 --> 00:04:08,100
盡管氧和氫以共價鍵形式形成水--

84
00:04:08,100 --> 00:04:12,390
它們在共用一對電子--氧具有更強的負電性

85
00:04:12,390 --> 00:04:14,180
比氫更強的負電性

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

87
00:04:15,890 --> 00:04:17,580
實際上 如果拿這邊的元素

88
00:04:17,580 --> 00:04:19,610
和這邊的元素結合

89
00:04:19,610 --> 00:04:22,720
這邊的元素比那些左側的

90
00:04:22,720 --> 00:04:24,010
具有更強的負電性

91
00:04:24,010 --> 00:04:26,420
它們實際會完全占有電子

92
00:04:26,420 --> 00:04:28,690
而不只是大部分時間占用電子

93
00:04:29,010 --> 00:04:33,220
當談論負電性的時候 它意味著不完全地得到電子

94
00:04:33,220 --> 00:04:36,780
我們看氫和氧之間的共價鍵

95
00:04:36,780 --> 00:04:40,240
在元素周期表上可以看到 氧的負電性更強

96
00:04:40,240 --> 00:04:43,990
所以 電子被氧原子占用的時間更長

97
00:04:43,990 --> 00:04:46,210
我們學過氫鍵

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

99
00:04:49,750 --> 00:04:51,150
形成了偏移的負電荷

100
00:04:51,150 --> 00:04:54,750
在這邊形成了偏移的正電荷

101
00:04:54,750 --> 00:04:57,660
電子偶爾會出現在氫原子附近

102
00:04:57,660 --> 00:05:01,520
當談論氧化和還原時 你會說 看

103
00:05:01,520 --> 00:05:02,950
這裡沒有偏移的電荷

104
00:05:03,010 --> 00:05:06,540
如果一個原子 處於氧化狀態時

105
00:05:06,540 --> 00:05:09,250
在更多的時間占用電子

106
00:05:09,250 --> 00:05:12,250
我們就說 它占有了電子

107
00:05:12,250 --> 00:05:15,720
所以 對於氧化狀態 我們認爲

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

109
00:05:18,290 --> 00:05:22,550
我們就會給它的氧化態一個負號

110
00:05:22,550 --> 00:05:24,720
或者 習慣性地

111
00:05:24,720 --> 00:05:27,010
在氧化態的後面寫出電荷

112
00:05:27,010 --> 00:05:29,290
這樣 電荷數就很清楚了

113
00:05:29,290 --> 00:05:31,390
所以這裡記爲1-

114
00:05:31,390 --> 00:05:34,440
因爲從氧化態的觀點來看 它占有了電子

115
00:05:34,440 --> 00:05:35,650
它獲得了電子

116
00:05:35,650 --> 00:05:36,940
這就是爲什麽我在這裡加了引號

117
00:05:36,940 --> 00:05:38,490
因爲並不是真正得到了電子

118
00:05:38,490 --> 00:05:40,060
只是大部分時間獲得了電子

119
00:05:40,060 --> 00:05:42,010
占有了電子

120
00:05:42,010 --> 00:05:45,850
同樣地 這個氫原子--我認真一點 這不是--

121
00:05:45,850 --> 00:05:48,000
它從這個氫原子得到一個電子

122
00:05:48,000 --> 00:05:49,930
從這個氫原子得到另一個電子

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

124
00:05:52,340 --> 00:05:56,680
應該是2- 因爲它從這裡占有一個

125
00:05:56,680 --> 00:05:58,160
從這裡占有一個

126
00:05:58,160 --> 00:06:03,060
一般情況下 當氧和非氧的原子或元素

127
00:06:03,060 --> 00:06:04,440
結合時

128
00:06:04,440 --> 00:06:10,060
它常常記爲2- 或者說處於-2價氧化狀態

129
00:06:10,060 --> 00:06:14,480
氧呈現-2價狀態 因爲它得到了兩個電子

130
00:06:14,480 --> 00:06:19,130
我寫在引號裏 得到兩個電子

131
00:06:19,130 --> 00:06:21,810
我們知道 並不是真正得到 只是占用

132
00:06:21,810 --> 00:06:24,680
兩個氫各失去一個電子

133
00:06:24,680 --> 00:06:28,020
所以 這個氫的氧化狀態是+1價

134
00:06:28,020 --> 00:06:32,740
這個氫的氧化狀態也是+1價

135
00:06:32,740 --> 00:06:36,860
可以說 通過氫在氧氣中的燃燒

136
00:06:36,860 --> 00:06:40,840
氫原子--在它們零氧狀態之前

137
00:06:40,840 --> 00:06:43,220
這些氫原子都有零氧狀態

138
00:06:43,220 --> 00:06:45,330
現在有了+1價的氧化狀態

139
00:06:45,330 --> 00:06:48,060
因爲它們在和氧結合的過程中 失去了電子

140
00:06:48,060 --> 00:06:52,350
所以 我們說氫被氧化了

141
00:06:56,750 --> 00:07:05,020
通過這個反應 氫氣被氧化了

142
00:07:05,020 --> 00:07:06,810
爲什麽它被氧化了呢？

143
00:07:06,810 --> 00:07:10,020
因爲起初 原子間能夠穩定地共用一對電子

144
00:07:10,020 --> 00:07:13,020
然後 它和氧氣結合 氧氣占用了它的電子

145
00:07:13,020 --> 00:07:18,030
所以 氫氣把電子給了氧氣 它就被氧化了

146
00:07:18,030 --> 00:07:31,000
類似地 通過燃燒反應 氧氣被還原了

147
00:07:31,000 --> 00:07:32,010
爲什麽它被還原了呢？

148
00:07:32,010 --> 00:07:35,230
這裡 它只是共用電子對 並沒有電子的得失

149
00:07:35,230 --> 00:07:38,990
當它和一種低負電性的

150
00:07:38,990 --> 00:07:40,790
原子結合時

151
00:07:40,790 --> 00:07:44,610
它就占有了氫原子的電子

152
00:07:44,610 --> 00:07:47,810
這裡的電荷就減少了2個

153
00:07:50,540 --> 00:07:53,660
我想對所有的電子都做出說明

154
00:07:53,660 --> 00:07:55,460
因爲我們在討論電子的得與失

155
00:07:55,460 --> 00:07:58,270
我們可以寫出兩個反應

156
00:07:58,270 --> 00:08:01,000
這些是對化學課的一些複習

157
00:08:01,000 --> 00:08:02,680
複習一遍還是有好處的

158
00:08:02,680 --> 00:08:04,360
下面我將把這些知識用在生物學中

159
00:08:04,360 --> 00:08:07,430
這樣你們可以

160
00:08:07,430 --> 00:08:10,000
重新形成這些知識結構

161
00:08:10,000 --> 00:08:11,550
我們可以寫出兩個反應

162
00:08:11,550 --> 00:08:17,010
我們從2莫耳的氫分子開始

163
00:08:17,010 --> 00:08:21,000
它們不是氧化態的 或者說它們是中性的

164
00:08:21,000 --> 00:08:23,000
我在這寫下一個0

165
00:08:23,000 --> 00:08:25,290
然後 在方程式另一邊

166
00:08:25,290 --> 00:08:29,330
以2莫耳的H2結束

167
00:08:29,330 --> 00:08:35,320
現在每個氫原子都是+1價的氧化態

168
00:08:39,010 --> 00:08:41,500
或者 從另一方面考慮 每個氫原子--

169
00:08:41,500 --> 00:08:42,920
這裡有四個氫原子

170
00:08:42,920 --> 00:08:45,000
這是有兩個氫原子的氫分子

171
00:08:45,000 --> 00:08:46,110
這裡有2莫耳的氫分子

172
00:08:46,110 --> 00:08:47,550
所以 共有4個氫原子

173
00:08:47,550 --> 00:08:50,340
4個氫原子各自失去一個電子

174
00:08:50,340 --> 00:08:54,050
我們可以這樣寫 加上4個電子

175
00:08:54,050 --> 00:08:58,470
這是反應的一半 即氫氣的反應 它失去4個電子

176
00:08:58,470 --> 00:09:03,730
這種方式也說明了氫被氧化

177
00:09:03,730 --> 00:09:09,000
因爲它失去了電子

178
00:09:09,000 --> 00:09:11,020
OIL:氧化反應是失去電子

179
00:09:11,020 --> 00:09:16,770
另一半反應就是氧氣的反應

180
00:09:16,770 --> 00:09:20,640
左邊是1莫耳的氧氣

181
00:09:20,640 --> 00:09:24,050
加上4個電子

182
00:09:24,050 --> 00:09:26,000
電子不是憑空而來的

183
00:09:26,000 --> 00:09:29,220
是從氫中得到的 它要加到氧分子中去

184
00:09:29,220 --> 00:09:35,970
這一半反應的右邊 以2莫耳--

185
00:09:35,970 --> 00:09:38,920
我這樣寫--2莫耳氧

186
00:09:38,920 --> 00:09:43,870
每莫耳氧都是-2價的氧化態

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

188
00:09:45,060 --> 00:09:47,450
這些都表明 在燃燒的過程中

189
00:09:47,450 --> 00:09:50,420
氫失去了電子

190
00:09:50,420 --> 00:09:55,160
氧得到了氫失去的電子

191
00:09:55,160 --> 00:10:01,940
這告訴我們 氧氣被還原了

192
00:10:01,940 --> 00:10:03,930
這就對了

193
00:10:03,930 --> 00:10:07,600
這些是對化學課知識的複習

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

195
00:10:09,660 --> 00:10:12,570
我將介紹生物學家是如何考慮這個反應的

196
00:10:12,570 --> 00:10:14,490
那麽-- 當然不總是這樣

197
00:10:14,490 --> 00:10:16,220
有時候 生物學家會用到

198
00:10:16,220 --> 00:10:17,820
你在化學課中學到的定義

199
00:10:17,820 --> 00:10:22,140
但是生物學家--或者許多生物課本--會說--

200
00:10:22,140 --> 00:10:24,920
這曾經也令我非常困惑--

201
00:10:24,920 --> 00:10:34,360
氧化過程是失去氫原子的過程

202
00:10:38,070 --> 00:10:51,890
還原過程是得到氫原子的過程

203
00:10:51,890 --> 00:10:54,690
開始我接觸這個定義的時候 我想

204
00:10:54,690 --> 00:10:57,330
好像化學課上學到過 但那時討論的是電子

205
00:10:57,330 --> 00:11:01,010
氫原子由一個質子和一個電子組成 這有什麽關係嗎？

206
00:11:01,010 --> 00:11:03,070
爲什麽這兩種定義--

207
00:11:03,070 --> 00:11:04,770
這實際上是這個影片的全部要點

208
00:11:04,770 --> 00:11:07,440
爲什麽這兩種定義是一致的

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

210
00:11:17,590 --> 00:11:22,170
氫常常和周邊物質發生反應

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

212
00:11:30,050 --> 00:11:36,770
我們看元素周期表 看到氫的位置

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
實際上 所有其他物質

215
00:11:43,740 --> 00:11:46,040
你看到的生物係統中的物質

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

217
00:11:51,080 --> 00:11:52,800
負電性較強的

218
00:11:52,800 --> 00:11:55,610
所以 如果一個碳和一個氫結合

219
00:11:55,610 --> 00:11:57,610
這個碳就占有了那個電子

220
00:11:57,610 --> 00:12:00,430
如果那個氫和電子轉移給一個氧分子

221
00:12:00,430 --> 00:12:04,820
碳就會失去氫原子

222
00:12:04,820 --> 00:12:07,360
實際上 它失去的是原來占有的電子

223
00:12:07,360 --> 00:12:09,950
那麽 現在氧就占有了那個電子

224
00:12:09,950 --> 00:12:11,820
所以 兩種定義是完全一致的

225
00:12:11,820 --> 00:12:13,780
我給你們舉這個例子的原因是

226
00:12:13,780 --> 00:12:17,820
生物學中的定義在這裡並不適用

227
00:12:17,820 --> 00:12:19,340
你可能會說

228
00:12:19,340 --> 00:12:23,640
嗯 這個反應中氧得到了氫

229
00:12:23,640 --> 00:12:27,000
那麽 根據生物學中的定義

230
00:12:27,000 --> 00:12:29,990
我們可以說 氧被還原了

231
00:12:29,990 --> 00:12:34,470
但是 不能說氫失去了氫原子

232
00:12:34,470 --> 00:12:37,980
這種情況下 只是氫失去了電子

233
00:12:37,980 --> 00:12:39,350
它並沒有失去它本身

234
00:12:39,350 --> 00:12:42,000
你們可能說 因爲它被吸收了 所以失去了它本身

235
00:12:42,000 --> 00:12:44,860
但是 生物學中的定義不是這樣來的

236
00:12:44,860 --> 00:12:49,510
當氫和生物體內的化合物結合時

237
00:12:49,510 --> 00:12:51,430
常常提供電子

238
00:12:51,430 --> 00:12:54,380
所以 如果碳失去氫 並把它給氧時

239
00:12:54,380 --> 00:12:58,170
碳失去的是它占用的氫的一個電子

240
00:12:58,170 --> 00:12:59,730
而這個電子被氧占用了

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

242
00:13:04,030 --> 00:13:05,380
希望你能夠明白

243
00:13:05,380 --> 00:13:07,920
在下一個影片中 我會舉更多例子

244
00:13:07,920 --> 00:13:09,250
這樣做的原因是

245
00:13:09,250 --> 00:13:12,040
爲了把這些知識應用到細胞呼吸中去

246
00:13:12,040 --> 00:13:14,560
這樣 有人說NAD得到氫是被還原了

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

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

249
00:13:23,200 --> 00:13:23,900
你不會感到疑惑

250
00:13:23,900 --> 00:13:26,000
我想讓你知道

251
00:13:26,000 --> 00:13:28,130
這些定義和你在化學課上學到的是一樣的