Opakování oxidace a redukce z biologické perspektivy
-
0:01 - 0:03Chci v tomto videu zopakovat,
-
0:03 - 0:08co jsme se naučili v chemii o oxidaci
-
0:08 - 0:10a o jejím opaku - redukci.
-
0:10 - 0:14Pak se chci podívat na to,
jak chemická podstata věci -
0:14 - 0:17zapadá do kontextu biologie
nebo biochemie. -
0:17 - 0:20A když se vše podaří, uvidíme,
že oboje je jedno a to samé. -
0:20 - 0:23Jen krátké opakování,
pokud jste zhlédli videa o chemii. -
0:23 - 0:25Na oxidaci se můžeme podívat - vlastně
-
0:25 - 0:28existuje na to známá
mnemotechnická pomůcka. -
0:28 - 0:36Zní: OIL RIG, kde OIL nám říká,
že oxidace je "ztráta" - -
0:36 - 0:39dávám to do uvozovek,
protože nemusí nezbytně dojít -
0:39 - 0:41ke ztrátě elektronů,
k tomu se dostaneme později - -
0:41 - 0:43tedy oxidace je "ztráta" elektronů.
-
0:43 - 0:46To jste se měli dozvědět v chemii.
-
0:47 - 0:54A pak jste se také dozvěděli,
že redukce je "příjem" - -
0:54 - 0:56a to dávám také do uvozovek -
-
0:56 - 1:00je to "příjem" elektronů.
-
1:00 - 1:02Do uvozovek to dávám proto,
že nezbytně nemusí dojít -
1:02 - 1:03k příjmu elektronů.
-
1:03 - 1:05Spíš k přivlastnění.
-
1:05 - 1:07A důvod, proč se tento děj nazývá redukce,
je ten, že pokud -
1:07 - 1:12přijímáte elektrony, váš pomyslný náboj -
kdyby jste je skutečně přijímali - -
1:12 - 1:14je tím redukován.
-
1:14 - 1:16A důvod, proč se opačný děj
nazývá oxidace, -
1:16 - 1:19je ten, že ke ztrátě elektronů
většinou dochází ve prospěch kyslíku. -
1:19 - 1:21Ovšem nemusí to být pouze kyslík.
-
1:21 - 1:24Může to být jakákoliv molekula,
která si přivlastní vaše elektrony. -
1:24 - 1:28Myslím, že nějaký hezký příklad
-
1:28 - 1:30by celou věc osvětlil.
-
1:30 - 1:34Řekněme, že si připravím molekulový vodík,
-
1:34 - 1:37který je v plynném skupenství,
a spálím ho v prostředí -
1:37 - 1:39s molekulovým kyslíkem.
-
1:39 - 1:41Tohle se stalo se vzducholodí Hindenburg.
-
1:41 - 1:43Naplnili balon vodíkem a
někde se vytvořila jiskra, -
1:43 - 1:46a jelikož byl přítomen i kyslík,
-
1:46 - 1:47tak následovala obrovská exploze.
-
1:47 - 1:50V průběhu reakce máme
na každý mol molekulového kyslíku -
1:50 - 1:53dva moly molekulového vodíku -
-
1:53 - 1:55jen si dávám pozor,
aby ta rovnice byla vyvážená - -
1:55 - 2:01produktem reakce jsou dva moly vody
a spousta tepla. -
2:01 - 2:03Tahle věc vážně bouchne.
-
2:06 - 2:08Mohli bychom mluvit o Hindenburgu,
-
2:08 - 2:10ale důvod, proč jsem tohle napsal je,
-
2:10 - 2:14že chci ukázat,
co se oxiduje -
2:14 - 2:16a co se redukuje.
-
2:16 - 2:19Takže v tomhle případě právě zde,
na vodíku, -
2:19 - 2:21molekulový vodík vypadá takto.
-
2:21 - 2:24Mezi atomy vodíku existuje
kovalentní vazba. -
2:24 - 2:26Sdílejí navzájem svůj elektron tak,
-
2:26 - 2:28aby mohly předstírat, že jejich orbital 1s
-
2:28 - 2:29je zcela zaplněn.
-
2:29 - 2:31Takže tady k žádné
ztrátě elektronů nedochází. -
2:31 - 2:33Nepřivlastňují si elektron toho druhého.
-
2:33 - 2:36Říkáme tedy, že jsou neutrální,
mají oxidační číslo rovné nule. -
2:36 - 2:38Nepřijaly ani neztratily žádné elektrony.
-
2:38 - 2:39Jen je sdílejí.
-
2:39 - 2:41To samé platí pro molekulový kyslík.
-
2:41 - 2:44A mezi atomy kyslíku je
ve skutečnosti dvojná vazba. -
2:44 - 2:46Ale oba atomy jsou kyslíky,
takže není důvod, -
2:46 - 2:49proč by mělo dojít ke ztrátě
či příjmu elektronů. -
2:49 - 2:53Ale když se přesuneme
na tuto stranu rovnice, -
2:53 - 2:54stane se něco zajímavého.
-
2:54 - 2:59Na každý kyslík zde připadají dva vodíky.
-
3:02 - 3:06A představit si to můžeme tak,
že kyslík si přivlastňuje -
3:06 - 3:07elektrony těchto vodíků.
-
3:07 - 3:10Vodík má ve valenční vrstvě
jeden elektron. -
3:10 - 3:13U kovalentních vazeb jde o to,
že jeden atom dá druhému elektron -
3:13 - 3:15a stejně tak druhý
dá elektron prvnímu tak, -
3:15 - 3:16že oba sdílejí kompletní pár.
-
3:16 - 3:19Ale víme nebo si zopakujeme,
-
3:19 - 3:24že kyslík má mnohem vyšší
hodnotu elektronegativity než vodík. -
3:24 - 3:26Tohle je glukóza,
která tu zbyla -
3:26 - 3:29z natáčení videa o buněčném dýchání.
-
3:29 - 3:33Teď tomu nemusíte věnovat pozornost,
ale celé to propojím v dalším videu. -
3:33 - 3:36Když se podíváme ne periodickou tabulku,
jestli si pamatujete z videí o chemii, -
3:36 - 3:40hodnota elektronegativity stoupá
-
3:40 - 3:42diagonálně směrem doprava nahoru.
-
3:42 - 3:46Prvky s nejvyšší hodnotou
elektronegativity jsou zde, -
3:46 - 3:49zde jsou prvky s nejnižší
hodnotou elektronegativity. -
3:49 - 3:54Hodnota elektronegativity udává,
jak moc si prvek přivlastňuje elektrony. -
4:04 - 4:09Přestože mají kyslík a vodík mezi sebou
kovalentní vazbu v molekule vody -
4:09 - 4:10- sdílejí elektrony -
-
4:10 - 4:14kyslík má mnohem vyšší hodnotu
elektronegativity než vodík, -
4:14 - 4:16takže si elektrony přivlastní.
-
4:16 - 4:18Dokonce pokud vezmete
některé prvky z této oblasti -
4:18 - 4:22a vytvoříte vazbu s prvky z této oblasti,
tyto prvky z pravé části tabulky -
4:22 - 4:25mají o tolik vyšší elektronegativitu
než prvky z levé části tabulky, -
4:25 - 4:27že sdílené elektrony ukradnou,
-
4:27 - 4:29nejen přivlastní.
-
4:29 - 4:31Ale když se mluví
o hodnotách elektronegativity, -
4:31 - 4:33znamená to jen, jak moc
má daný prvek rád elektrony. -
4:33 - 4:36Když se tedy podíváme na tuto vazbu
mezi kyslíkem a vodíkem, -
4:36 - 4:40viděli jsme v periodické tabulce,
že kyslík má vyšší elektronegativitu, -
4:40 - 4:42takže v této vazbě elektrony stráví
-
4:42 - 4:44mnohem více času v blízkosti kyslíku.
-
4:44 - 4:46Říkali jsme si o vodíkových vazbách.
-
4:46 - 4:50Na této straně molekuly vody se vytváří
parciální záporný náboj -
4:50 - 4:53a na opačné straně naopak
-
4:53 - 4:55parciální kladný náboj.
-
4:55 - 4:58Jednou za čas se elektrony ukáží i
v blízkosti vodíků. -
4:58 - 5:01Když mluvíme o oxidaci a redukci,
-
5:01 - 5:03nejedná se o žádné parciální náboje.
-
5:03 - 5:07Pokud si jeden prvek
přivlastňuje elektrony více, -
5:07 - 5:11pak kvůli oxidačnímu číslu předpokládáme,
-
5:11 - 5:12že si tento elektron vzal.
-
5:12 - 5:17Při určování oxidačního čísla
předpokládáme, že kyslík v molekule vody -
5:17 - 5:19elektron úplně přebral a přiřadíme mu
-
5:19 - 5:23oxidační číslo 1-.
-
5:23 - 5:25Dohodou je náboj psán za
-
5:25 - 5:27číslo udávající oxidační stav.
-
5:27 - 5:30Aby se to celé nepletlo
se skutečným nábojem. -
5:30 - 5:32Má tedy oxidační číslo 1-, protože
-
5:32 - 5:34z pohledu oxidačního stavu
si jeden elektron bere. -
5:34 - 5:35Přijímá jeden elektron.
-
5:35 - 5:37Proto jsem to na začátku
uvedl v uvozovkách. -
5:37 - 5:39Protože ho ve skutečnosti nepřijímá.
-
5:39 - 5:41Jen se většinu času
zdržuje v jeho blízkosti. -
5:41 - 5:42Přivlastňuje si ho.
-
5:42 - 5:45A tak stejně s tímhle vodíkem -
pozor na to, tohle není - -
5:45 - 5:48kyslík si přivlastnil jeden elektron
od tohoto vodíku a -
5:48 - 5:50další elektron od tohoto vodíku.
-
5:50 - 5:53Místo 1- by to tedy mělo být 2-.
-
5:53 - 5:56Mělo by to být 2-, protože si přivlastňuje
-
5:56 - 5:58jeden elektron odsud a jeden odsud.
-
5:58 - 6:03Obecně řečeno, pokud kyslík
vstupuje do vazby s jinými atomy -
6:03 - 6:10nebo prvky, má obvykle
oxidační číslo 2-. -
6:10 - 6:14Takže tenhle má oxidační číslo 2-,
protože "získal" 2 elektrony - -
6:14 - 6:16opět psáno v uvozovkách.
-
6:16 - 6:19"Získal" dva elektrony.
-
6:19 - 6:22Víme, že je ve skutečnosti nezískal,
jen si je přivlastňuje. -
6:22 - 6:25Tyhle vodíky každý ztratily
po elektronu. -
6:25 - 6:32Jejich oxidační číslo je tudíž 1+.
-
6:33 - 6:36Takže spalováním vodíku s kyslíkem -
-
6:36 - 6:39vodíky předtím měly
oxidační číslo rovno nule, -
6:39 - 6:43oba tyto vodíky měly
oxidační číslo rovno nule - -
6:43 - 6:45ale nyní mají oxidační číslo rovno 1+,
-
6:45 - 6:49protože ztratily své elektrony,
když vstoupily do vazby s kyslíkem. -
6:49 - 6:53Říkáme tedy, že tyto vodíky
byly oxidovány. -
6:57 - 7:04Takže v důsledku této reakce
byly vodíky oxidovány. -
7:05 - 7:06Proč byly oxidovány?
-
7:06 - 7:08Protože před reakcí v molekulovém vodíku
-
7:08 - 7:10docházelo k rovnoměrnému
sdílení elektronů. -
7:10 - 7:14Ale pak vytvořil vazbu s kyslíkem,
který si jeho elektrony přivlastnil. -
7:14 - 7:17Takže vodík ztrácí své elektrony
ve prospěch kyslíku, -
7:17 - 7:18byl tudíž oxidován.
-
7:18 - 7:29Podobně je to s kyslíkem,
ten byl po reakci redukován. -
7:30 - 7:32Proč byl redukován?
-
7:32 - 7:34V molekulovém stavu
elektrony rovnoměrně sdílel. -
7:34 - 7:35Neztrácel je ani nepřijímal.
-
7:35 - 7:40Ale zde v molekule vody, kde je ve vazbě
s prvkem s mnohem nižší hodnotou -
7:40 - 7:42elektronegativity, si naráz elektrony
-
7:42 - 7:44přivlastnit může, přijímá je.
-
7:44 - 7:48Takže tento pomyslný náboj
je redukován o dva. -
7:50 - 7:53Kdybych chtěl sledovat všechny elektrony,
-
7:53 - 7:55neboť tu mluvíme o jejich ztrácení
-
7:55 - 7:59a přijímání, můžu napsat obě poloreakce.
-
7:59 - 8:01Tohle by všechno mělo být
opakování z hodin chemie. -
8:01 - 8:03Ale opakování matka moudrosti.
-
8:03 - 8:05Dám tohle video do biologické sekce,
-
8:05 - 8:08aby si biologové mohli
-
8:08 - 8:10osvěžit v této oblasti paměť.
-
8:10 - 8:11Můžeme napsat dvě poloreakce.
-
8:11 - 8:17Můžeme říct, že jsme začali
s dvěma moly molekulového vodíku. -
8:17 - 8:21Jejich oxidační číslo je nulové,
jsou neutrální. -
8:21 - 8:23Takže sem můžu napsat nulu.
-
8:23 - 8:26A po reakci získám - na druhé straně
reakční rovnice získám - -
8:26 - 8:29dva moly molekulového vodíku.
-
8:29 - 8:33Ale každý z těchto vodíků má nyní
-
8:33 - 8:35oxidační číslo rovno 1+.
-
8:39 - 8:40Nebo jinak - každý z nich -
-
8:40 - 8:41jsou tu čtyři vodíky.
-
8:41 - 8:44Tohle je molekulový vodík,
který má v molekule dva atomy vodíku, -
8:44 - 8:46a my máme dva moly molekulového vodíku.
-
8:46 - 8:48Takže tu máme celkem čtyři vodíky.
-
8:48 - 8:50Každý z nich ztratil jeden elektron.
-
8:50 - 8:53Takže napíšu:
"+ 4 elektrony". -
8:55 - 8:56Tohle je poloreakce pro vodík.
-
8:56 - 8:59Ztratil 4 elektrony.
-
8:59 - 9:04Jinými slovy
-
9:04 - 9:09vodík byl oxidován,
protože ztratil elektrony. -
9:09 - 9:11OIL: Oxidation Is Loosing
(pozn. oxidace je ztráta). -
9:11 - 9:15A pak další poloreakce,
-
9:15 - 9:17kdybych měl psát poloreakci pro kyslík.
-
9:17 - 9:22Začínáme s molem molekulového kyslíku
-
9:22 - 9:24a přidávám k tomu 4 elektrony.
-
9:24 - 9:26Nemůžu vyrobit elektrony z ničeho.
-
9:26 - 9:28Získávám ty elektrony z vodíků,
-
9:28 - 9:29dávám je kyslíku.
-
9:29 - 9:36A tak na této straně poloreakce
získám dva moly - -
9:36 - 9:39můžu to napsat takto - dva moly kyslíku.
-
9:39 - 9:43Každý z nich má oxidační číslo 2-.
-
9:44 - 9:45Takže tohle jsou poloreakce.
-
9:45 - 9:48Ukazuju tím, že vodík
v průběhu spalné reakce -
9:48 - 9:50ztratil elektrony.
-
9:50 - 9:54A kyslík tyto elektrony přijal.
-
9:54 - 10:02To znamená, že kyslík byl redukován.
-
10:02 - 10:05To je všechno hezké a
taky trochu opakování toho, -
10:05 - 10:07co jsme se naučili v chemii.
-
10:07 - 10:10Ale teď vám úplně popletu hlavu.
-
10:10 - 10:13Protože vám ukážu,
jak o celé věci přemýšlí biolog. -
10:13 - 10:14Není to vždycky tak,
-
10:14 - 10:16někdy biolog použije definici,
-
10:16 - 10:18kterou jste se naučili v chemii.
-
10:18 - 10:21V mnoha různých učebnicích
biologie se dočtete - -
10:21 - 10:24a tohle mě vždy velmi mátlo -
-
10:24 - 10:34že oxidace je ztráta
vodíkových atomů. -
10:39 - 10:51A redukce je příjem vodíkových atomů.
-
10:52 - 10:54Když jsem to zprvu studoval,
říkal jsem si, -
10:54 - 10:57tohle jsem se přece učil v chemii
a tam mluvili o elektronech. -
10:57 - 11:00Vodíkový atom je přece
proton a elektron. -
11:00 - 11:01jakou to má souvislost?
-
11:01 - 11:05A tohle je vlastně centrální
myšlenka tohoto videa. -
11:05 - 11:09Důvod, proč jsou obě
definice konsistentní, je tento. -
11:09 - 11:20V biologickém světě je to vodík,
-
11:20 - 11:22který je vyměňován.
-
11:22 - 11:27Vytváří vazby s uhlíkem, kyslíkem,
-
11:28 - 11:30fosforem, dusíkem.
-
11:30 - 11:35Když se podíváme na periodickou tabulku,
-
11:36 - 11:41vidíme, kde je vodík
a kde uhlík, dusík, kyslík -
11:41 - 11:44a fosfor a vlastně všechny další prvky.
-
11:44 - 11:47Vidíme, že všechno, s čím se vodík
v biologických systémech váže, -
11:47 - 11:51má mnohem vyšší
-
11:51 - 11:53hodnotu elektronegativity než on sám.
-
11:53 - 11:56Pokud se tedy s vodíkem váže uhlík,
-
11:56 - 11:58je to uhlík, který si
elektrony přivlastňuje. -
11:58 - 12:01V případě, že vodík je přenesen na kyslík,
-
12:01 - 12:04spolu se svým elektronem,
uhlík ztratí vodíkový atom, -
12:04 - 12:06ale ve skutečnosti ztratil ten elektron,
-
12:06 - 12:07který si přivlastňoval.
-
12:07 - 12:10A nyní si ho může přivlastnit kyslík.
-
12:10 - 12:12Takže tyto definice jsou konzistentní.
-
12:12 - 12:15A jediný důvod, proč jsem vám
ukázal tento příklad, je, -
12:15 - 12:18že zde biologická definice neplatí.
-
12:18 - 12:22Můžete rozhodně říct,
že kyslík přijímá -
12:22 - 12:24vodíky v této reakci.
-
12:24 - 12:27Takže stále můžeme říct,
že je kyslík redukován, -
12:27 - 12:30v souladu s biologickou definicí.
-
12:30 - 12:33Ale už moc nejde tvrdit,
že vodík -
12:33 - 12:35ztrácí vodíky.
-
12:35 - 12:38V tomhle případě vodík
prostě jen ztrácí elektrony. -
12:38 - 12:39Neztrácí sebe sama.
-
12:39 - 12:42Možná by jste mohli tvrdit,
že ztrácí sebe, neboť je převzat. -
12:42 - 12:45Ale biologická definice
vychází ze stejného principu. -
12:45 - 12:49A ta je, že když vodík vytváří vazby
s většinou atomů -
12:49 - 12:52v biologických sloučeninách,
má sklon elektrony poskytovat. -
12:52 - 12:54Takže když uhlík ztratí vodík
a předá ho kyslíku, -
12:54 - 12:57uhlík ve skutečnosti ztratí elektron,
-
12:57 - 12:58který si od vodíku přivlastňoval.
-
12:58 - 13:00A nyní si ho přivlastňuje kyslík.
-
13:00 - 13:03Takže uhlík bude oxidován
-
13:03 - 13:04a kyslík redukován.
-
13:04 - 13:06Doufám, že jsem vás nezmátl.
-
13:06 - 13:08V příštím videu vám
ukážu pár dalších příkladů. -
13:08 - 13:09Mluvím o tomhle proto,
-
13:09 - 13:12abychom to mohli aplikovat
na buněčné dýchání. -
13:12 - 13:15Aby vás nemátlo,
když lidé začnou říkat, -
13:15 - 13:21že NAD je redukován příjmem vodíku.
-
13:21 - 13:24Nebo že je oxidován,
když tento vodík ztrácí, a tak dále. -
13:24 - 13:27Chci, abyste viděli,
že tohle jsou ty samé definice, -
13:27 - 13:29které jste se naučili v chemii.
- Title:
- Opakování oxidace a redukce z biologické perspektivy
- Video Language:
- English
- Duration:
- 13:29
Show all