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Oxidation and Reduction Review From Biological Point-of-View

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    我们这次课的内容
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    是复习化学课中所讲的
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    关于氧化反应和还原反应的知识
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    我们会看到 化学课的知识
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    与生物学家或者说生化学家使用的术语
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    是如何相关的
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    最后 我们会看到它们实际上是一样的
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    作为复习 如果你看了化学的视频课
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    氧化反应 可以看做--
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    实际上 有一个著名的助记符号
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    它就是OIL和RIG oil意为氧化反应是失去--
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    我把它放在引号内 因为反应未必会失去电子
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    大家马上就会明白我的意思-- 是失去电子
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    这就是你在化学课中学到的
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    你也学到了 还原反应是得到
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    我也把它放在引号内
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    是得到电子
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    放进引号内的原因
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    是未必会得到电子
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    更多情况是占用电子
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    它被称为还原反应的原因是
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    如果得到了电子 如果是真正得到电子
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    那么电荷就减少了
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    它被称为氧化反应的原因是
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    反应物常常是失去电子给氧气
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    当然 不一定必须是氧气
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    可以是任何从反应物得到电子的分子
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    我想 为使说明更加具体
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    举个例子比较好
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    这里有一些氢分子
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    是气态的
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    然后 使它和氧分子发生燃烧反应
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    这就是1937年在“兴登堡号”飞艇上发生的事故
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    充满氢气的氢气球
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    在遇到火花
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    同时暴露在氧气下时 就会产生爆炸
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    在这个过程中 对于每摩尔氧分子
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    如果有2摩尔氢分子--
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    这个方程式就平衡了
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    就会生成2摩尔的水和大量的热量
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    这样会产生爆炸的
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    我的意思是 虽然我们谈到了兴登堡号
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    但是 我写下这个方程式
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    是想展示给你看 什么被氧化了
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    什么被还原了
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    那么 在这种情况下的氢气
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    氢分子是这样子的
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    有一个氢-氢键
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    两个氢原子互相共享对方的一个电子
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    这样两个原子的1s轨道就饱和了
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    它们并不丢失电子
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    并不占用对方的电子
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    可以说 它们处于中性氧化状态
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    它们并不得到或失去电子
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    只是共用一对电子
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    氧分子也是一样
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    两个氧原子之间有一个双键
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    它们都是氧原子
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    也不会造成一个氧原子得到或失去一个电子
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    但是 当到了方程式这一边的时候
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    有趣的事情发生了
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    每个氧原子连接着两个氢原子
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    我们考虑的是
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    氧占有了两个氢原子的电子
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    氢在它的价电子层上有一个电子
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    大部分共价键的交易是
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    嘿 我给你一个电子
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    你给我一个电子 我们就形成了完整的一对
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    但是 我们知道
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    氧比氢具有更强的负电性
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    这边是葡萄糖
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    是我们在上次的细胞呼吸视频中用到的
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    你可以忽略它
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    但是 以后的视频中 我会把它们联系起来
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    我们看一下元素周期表
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    如果你还记得化学课的内容
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    当向元素周期表的右上方向前进时
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    负电性会增加
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    这里是负电性最强的元素
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    而这里是负电性最弱的
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    负电性意味着 占有电子的能力
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    负电性意味着容易占有电子
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    尽管氧和氢以共价键形式形成水--
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    它们在共用一对电子--氧具有更强的负电性
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    比氢更强的负电性
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    所以 它就要占用电子了
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    实际上 如果拿这边的元素
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    和这边的元素结合
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    这边的元素比那些左侧的
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    具有更强的负电性
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    它们实际会完全占有电子
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    而不只是大部分时间占用电子
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    当谈论负电性的时候 它意味着不完全地得到电子
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    我们看氢和氧之间的共价键
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    在元素周期表上可以看到 氧的负电性更强
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    所以 电子被氧原子占用的时间更长
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    我们学过氢键
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    它在水分子的这边
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    形成了偏移的负电荷
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    在这边形成了偏移的正电荷
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    电子偶尔会出现在氢原子附近
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    当谈论氧化和还原时 你会说 看
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    这里没有偏移的电荷
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    如果一个原子 处于氧化状态时
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    在更多的时间占用电子
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    我们就说 它占有了电子
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    所以 对于氧化状态 我们认为
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    水中的氧原子占有了电子
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    我们就会给它的氧化态一个负号
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    或者 习惯性地
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    在氧化态的后面写出电荷
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    这样 电荷数就很清楚了
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    所以这里记为1-
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    因为从氧化态的观点来看 它占有了电子
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    它获得了电子
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    这就是为什么我在这里加了引号
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    因为并不是真正得到了电子
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    只是大部分时间获得了电子
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    占有了电子
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    同样地 这个氢原子--我认真一点 这不是--
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    它从这个氢原子得到一个电子
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    从这个氢原子得到另一个电子
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    所以 不是一1- 应该是2-
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    应该是2- 因为它从这里占有一个
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    从这里占有一个
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    一般情况下 当氧和非氧的原子或元素
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    结合时
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    它常常记为2- 或者说处于-2价氧化状态
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    氧呈现-2价状态 因为它得到了两个电子
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    我写在引号里 得到两个电子
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    我们知道 并不是真正得到 只是占用
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    两个氢各失去一个电子
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    所以 这个氢的氧化状态是+1价
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    这个氢的氧化状态也是+1价
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    可以说 通过氢在氧气中的燃烧
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    氢原子--在它们零氧状态之前
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    这些氢原子都有零氧状态
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    现在有了+1价的氧化状态
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    因为它们在和氧结合的过程中 失去了电子
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    所以 我们说氢被氧化了
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    通过这个反应 氢气被氧化了
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    为什么它被氧化了呢？
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    因为起初 原子间能够稳定地共用一对电子
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    然后 它和氧气结合 氧气占用了它的电子
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    所以 氢气把电子给了氧气 它就被氧化了
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    类似地 通过燃烧反应 氧气被还原了
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    为什么它被还原了呢？
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    这里 它只是共用电子对 并没有电子的得失
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    当它和一种低负电性的
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    原子结合时
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    它就占有了氢原子的电子
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    这里的电荷就减少了2个
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    我想对所有的电子都做出说明
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    因为我们在讨论电子的得与失
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    我们可以写出两个反应
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    这些是对化学课的一些复习
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    复习一遍还是有好处的
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    下面我将把这些知识用在生物学中
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    这样你们可以
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    重新形成这些知识结构
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    我们可以写出两个反应
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    我们从2摩尔的氢分子开始
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    它们不是氧化态的 或者说它们是中性的
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    我在这写下一个0
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    然后 在方程式另一边
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    以2摩尔的H2结束
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    现在每个氢原子都是+1价的氧化态
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    或者 从另一方面考虑 每个氢原子--
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    这里有四个氢原子
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    这是有两个氢原子的氢分子
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    这里有2摩尔的氢分子
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    所以 共有4个氢原子
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    4个氢原子各自失去一个电子
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    我们可以这样写 加上4个电子
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    这是反应的一半 即氢气的反应 它失去4个电子
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    这种方式也说明了氢被氧化
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    因为它失去了电子
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    OIL:氧化反应是失去电子
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    另一半反应就是氧气的反应
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    左边是1摩尔的氧气
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    加上4个电子
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    电子不是凭空而来的
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    是从氢中得到的 它要加到氧分子中去
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    这一半反应的右边 以2摩尔--
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    我这样写--2摩尔氧
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    每摩尔氧都是-2价的氧化态
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    这就是另一半反应
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    这些都表明 在燃烧的过程中
  • 9:47 - 9:50
    氢失去了电子
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    氧得到了氢失去的电子
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    这告诉我们 氧气被还原了
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    这就对了
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    这些是对化学课知识的复习
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    接下来 会更加令人困惑
  • 10:10 - 10:13
    我将介绍生物学家是如何考虑这个反应的
  • 10:13 - 10:14
    那么-- 当然不总是这样
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    有时候 生物学家会用到
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    你在化学课中学到的定义
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    但是生物学家--或者许多生物课本--会说--
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    这曾经也令我非常困惑--
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    氧化过程是失去氢原子的过程
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    还原过程是得到氢原子的过程
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    开始我接触这个定义的时候 我想
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    好像化学课上学到过 但那时讨论的是电子
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    氢原子由一个质子和一个电子组成 这有什么关系吗？
  • 11:01 - 11:03
    为什么这两种定义--
  • 11:03 - 11:05
    这实际上是这个视频的全部要点
  • 11:05 - 11:07
    为什么这两种定义是一致的
  • 11:07 - 11:11
    因为 在生物世界中
  • 11:18 - 11:22
    氢常常和周边物质发生反应
  • 11:22 - 11:30
    常常和碳 氧 磷 氮等原子结合
  • 11:30 - 11:37
    我们看元素周期表 看到氢的位置
  • 11:37 - 11:42
    碳 氮 氧 磷的位置
  • 11:42 - 11:44
    实际上 所有其他物质
  • 11:44 - 11:46
    你看到的生物系统中的物质
  • 11:46 - 11:51
    氢结合的元素通常是
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    负电性较强的
  • 11:53 - 11:56
    所以 如果一个碳和一个氢结合
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    这个碳就占有了那个电子
  • 11:58 - 12:00
    如果那个氢和电子转移给一个氧分子
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    碳就会失去氢原子
  • 12:05 - 12:07
    实际上 它失去的是原来占有的电子
  • 12:07 - 12:10
    那么 现在氧就占有了那个电子
  • 12:10 - 12:12
    所以 两种定义是完全一致的
  • 12:12 - 12:14
    我给你们举这个例子的原因是
  • 12:14 - 12:18
    生物学中的定义在这里并不适用
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    你可能会说
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    嗯 这个反应中氧得到了氢
  • 12:24 - 12:27
    那么 根据生物学中的定义
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    我们可以说 氧被还原了
  • 12:30 - 12:34
    但是 不能说氢失去了氢原子
  • 12:34 - 12:38
    这种情况下 只是氢失去了电子
  • 12:38 - 12:39
    它并没有失去它本身
  • 12:39 - 12:42
    你们可能说 因为它被吸收了 所以失去了它本身
  • 12:42 - 12:45
    但是 生物学中的定义不是这样来的
  • 12:45 - 12:50
    当氢和生物体内的化合物结合时
  • 12:50 - 12:51
    常常提供电子
  • 12:51 - 12:54
    所以 如果碳失去氢 并把它给氧时
  • 12:54 - 12:58
    碳失去的是它占用的氢的一个电子
  • 12:58 - 13:00
    而这个电子被氧占用了
  • 13:00 - 13:04
    所以 碳被氧化 氧被还原
  • 13:04 - 13:05
    希望你能够明白
  • 13:05 - 13:08
    在下一个视频中 我会举更多例子
  • 13:08 - 13:09
    这样做的原因是
  • 13:09 - 13:12
    为了把这些知识应用到细胞呼吸中去
  • 13:12 - 13:15
    这样 有人说NAD得到氢是被还原了
  • 13:15 - 13:21
    或者 失去氢就是被氧化了
  • 13:21 - 13:23
    或者 等等
  • 13:23 - 13:24
    你不会感到疑惑
  • 13:24 - 13:26
    我想让你知道
  • 13:26 - 13:28
    这些定义和你在化学课上学到的是一样的
Title:
Oxidation and Reduction Review From Biological Point-of-View
Video Language:
English
Duration:
13:29
xyybobbie added a translation

Chinese, Simplified subtitles

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