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Oxidation and Reduction Review From Biological Point-of-View

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    我們這次課的內容
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    是複習化學課中所講的
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    關於氧化反應和還原反應的知識
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    我們會看到 化學課的知識
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    與生物學家或者說生化學家使用的術語
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    是如何相關的
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    最後 我們會看到它們實際上是一樣的
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    作爲複習 如果你看了化學的影片課
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    氧化反應 可以看做--
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    實際上 有一個著名的助記符號
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    它就是OIL和RIG oil意爲氧化反應是失去--
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    我把它放在引號內 因爲反應未必會失去電子
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    大家馬上就會明白我的意思-- 是失去電子
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    這就是你在化學課中學到的
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    你也學到了 還原反應是得到
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    我也把它放在引號內
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    是得到電子
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    放進引號內的原因
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    是未必會得到電子
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    更多情況是占用電子
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    它被稱爲還原反應的原因是
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    如果得到了電子 如果是真正得到電子
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    那麽電荷就減少了
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    它被稱爲氧化反應的原因是
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    反應物常常是失去電子給氧氣
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    當然 不一定必須是氧氣
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    可以是任何從反應物得到電子的分子
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    我想 爲使說明更加具體
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    舉個例子比較好
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    這裡有一些氫分子
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    是氣態的
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    然後 使它和氧分子發生燃燒反應
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    這就是1937年在“興登堡號”飛艇上發生的事故
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    充滿氫氣的氫氣球
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    在遇到火花
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    同時暴露在氧氣下時 就會産生爆炸
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    在這個過程中 對於每莫耳氧分子
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    如果有2莫耳氫分子--
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    這個方程式就平衡了
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    就會生成2莫耳的水和大量的熱量
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    這樣會産生爆炸的
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    我的意思是 雖然我們談到了興登堡號
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    但是 我寫下這個方程式
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    是想展示給你看 什麽被氧化了
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    什麽被還原了
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    那麽 在這種情況下的氫氣
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    氫分子是這樣子的
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    有一個氫-氫鍵
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    兩個氫原子互相共享對方的一個電子
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    這樣兩個原子的1s軌道就飽和了
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    它們並不丟失電子
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    並不占用對方的電子
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    可以說 它們處於中性氧化狀態
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    它們並不得到或失去電子
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    只是共用一對電子
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    氧分子也是一樣
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    兩個氧原子之間有一個雙鍵
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    它們都是氧原子
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    也不會造成一個氧原子得到或失去一個電子
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    但是 當到了方程式這一邊的時候
  • 2:53 - 2:55
    有趣的事情發生了
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    每個氧原子連接著兩個氫原子
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    我們考慮的是
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    氧占有了兩個氫原子的電子
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    氫在它的價殼上有一個電子
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    大部分共價鍵的交易是
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    嘿 我給你一個電子
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    你給我一個電子 我們就形成了完整的一對
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    但是 我們知道
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    氧比氫具有更強的負電性
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    這邊是葡萄糖
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    是我們在上次的細胞呼吸影片中用到的
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    你可以忽略它
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    但是 以後的影片中 我會把它們聯係起來
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    我們看一下元素周期表
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    如果你還記得化學課的內容
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    當向元素周期表的右上方向前進時
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    負電性會增加
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    這裡是負電性最強的元素
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    而這裡是負電性最弱的
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    負電性意味著 占有電子的能力
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    負電性意味著容易占有電子
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    盡管氧和氫以共價鍵形式形成水--
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    它們在共用一對電子--氧具有更強的負電性
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    比氫更強的負電性
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    所以 它就要占用電子了
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    實際上 如果拿這邊的元素
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    和這邊的元素結合
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    這邊的元素比那些左側的
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    具有更強的負電性
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    它們實際會完全占有電子
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    而不只是大部分時間占用電子
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    當談論負電性的時候 它意味著不完全地得到電子
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    我們看氫和氧之間的共價鍵
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    在元素周期表上可以看到 氧的負電性更強
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    所以 電子被氧原子占用的時間更長
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    我們學過氫鍵
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    它在水分子的這邊
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    形成了偏移的負電荷
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    在這邊形成了偏移的正電荷
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    電子偶爾會出現在氫原子附近
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    當談論氧化和還原時 你會說 看
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    這裡沒有偏移的電荷
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    如果一個原子 處於氧化狀態時
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    在更多的時間占用電子
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    我們就說 它占有了電子
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    所以 對於氧化狀態 我們認爲
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    水中的氧原子占有了電子
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    我們就會給它的氧化態一個負號
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    或者 習慣性地
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    在氧化態的後面寫出電荷
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    這樣 電荷數就很清楚了
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    所以這裡記爲1-
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    因爲從氧化態的觀點來看 它占有了電子
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    它獲得了電子
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    這就是爲什麽我在這裡加了引號
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    因爲並不是真正得到了電子
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    只是大部分時間獲得了電子
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    占有了電子
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    同樣地 這個氫原子--我認真一點 這不是--
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    它從這個氫原子得到一個電子
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    從這個氫原子得到另一個電子
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    所以 不是一1- 應該是2-
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    應該是2- 因爲它從這裡占有一個
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    從這裡占有一個
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    一般情況下 當氧和非氧的原子或元素
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    結合時
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    它常常記爲2- 或者說處於-2價氧化狀態
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    氧呈現-2價狀態 因爲它得到了兩個電子
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    我寫在引號裏 得到兩個電子
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    我們知道 並不是真正得到 只是占用
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    兩個氫各失去一個電子
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    所以 這個氫的氧化狀態是+1價
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    這個氫的氧化狀態也是+1價
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    可以說 通過氫在氧氣中的燃燒
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    氫原子--在它們零氧狀態之前
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    這些氫原子都有零氧狀態
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    現在有了+1價的氧化狀態
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    因爲它們在和氧結合的過程中 失去了電子
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    所以 我們說氫被氧化了
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    通過這個反應 氫氣被氧化了
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    爲什麽它被氧化了呢？
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    因爲起初 原子間能夠穩定地共用一對電子
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    然後 它和氧氣結合 氧氣占用了它的電子
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    所以 氫氣把電子給了氧氣 它就被氧化了
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    類似地 通過燃燒反應 氧氣被還原了
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    爲什麽它被還原了呢？
  • 7:32 - 7:35
    這裡 它只是共用電子對 並沒有電子的得失
  • 7:35 - 7:39
    當它和一種低負電性的
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    原子結合時
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    它就占有了氫原子的電子
  • 7:45 - 7:48
    這裡的電荷就減少了2個
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    我想對所有的電子都做出說明
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    因爲我們在討論電子的得與失
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    我們可以寫出兩個反應
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    這些是對化學課的一些複習
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    複習一遍還是有好處的
  • 8:03 - 8:04
    下面我將把這些知識用在生物學中
  • 8:04 - 8:07
    這樣你們可以
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    重新形成這些知識結構
  • 8:10 - 8:12
    我們可以寫出兩個反應
  • 8:12 - 8:17
    我們從2莫耳的氫分子開始
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    它們不是氧化態的 或者說它們是中性的
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    我在這寫下一個0
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    然後 在方程式另一邊
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    以2莫耳的H2結束
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    現在每個氫原子都是+1價的氧化態
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    或者 從另一方面考慮 每個氫原子--
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    這裡有四個氫原子
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    這是有兩個氫原子的氫分子
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    這裡有2莫耳的氫分子
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    所以 共有4個氫原子
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    4個氫原子各自失去一個電子
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    我們可以這樣寫 加上4個電子
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    這是反應的一半 即氫氣的反應 它失去4個電子
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    這種方式也說明了氫被氧化
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    因爲它失去了電子
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    OIL:氧化反應是失去電子
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    另一半反應就是氧氣的反應
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    左邊是1莫耳的氧氣
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    加上4個電子
  • 9:24 - 9:26
    電子不是憑空而來的
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    是從氫中得到的 它要加到氧分子中去
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    這一半反應的右邊 以2莫耳--
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    我這樣寫--2莫耳氧
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    每莫耳氧都是-2價的氧化態
  • 9:44 - 9:45
    這就是另一半反應
  • 9:45 - 9:47
    這些都表明 在燃燒的過程中
  • 9:47 - 9:50
    氫失去了電子
  • 9:50 - 9:55
    氧得到了氫失去的電子
  • 9:55 - 10:02
    這告訴我們 氧氣被還原了
  • 10:02 - 10:04
    這就對了
  • 10:04 - 10:08
    這些是對化學課知識的複習
  • 10:08 - 10:10
    接下來 會更加令人困惑
  • 10:10 - 10:13
    我將介紹生物學家是如何考慮這個反應的
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    那麽-- 當然不總是這樣
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    有時候 生物學家會用到
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    你在化學課中學到的定義
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    但是生物學家--或者許多生物課本--會說--
  • 10:22 - 10:25
    這曾經也令我非常困惑--
  • 10:25 - 10:34
    氧化過程是失去氫原子的過程
  • 10:38 - 10:52
    還原過程是得到氫原子的過程
  • 10:52 - 10:55
    開始我接觸這個定義的時候 我想
  • 10:55 - 10:57
    好像化學課上學到過 但那時討論的是電子
  • 10:57 - 11:01
    氫原子由一個質子和一個電子組成 這有什麽關係嗎？
  • 11:01 - 11:03
    爲什麽這兩種定義--
  • 11:03 - 11:05
    這實際上是這個影片的全部要點
  • 11:05 - 11:07
    爲什麽這兩種定義是一致的
  • 11:07 - 11:11
    因爲 在生物世界中
  • 11:18 - 11:22
    氫常常和周邊物質發生反應
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    常常和碳 氧 磷 氮等原子結合
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    我們看元素周期表 看到氫的位置
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    碳 氮 氧 磷的位置
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    實際上 所有其他物質
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    你看到的生物係統中的物質
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    氫結合的元素通常是
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    負電性較強的
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    所以 如果一個碳和一個氫結合
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    這個碳就占有了那個電子
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    如果那個氫和電子轉移給一個氧分子
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    碳就會失去氫原子
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    實際上 它失去的是原來占有的電子
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    那麽 現在氧就占有了那個電子
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    所以 兩種定義是完全一致的
  • 12:12 - 12:14
    我給你們舉這個例子的原因是
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    生物學中的定義在這裡並不適用
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    你可能會說
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    嗯 這個反應中氧得到了氫
  • 12:24 - 12:27
    那麽 根據生物學中的定義
  • 12:27 - 12:30
    我們可以說 氧被還原了
  • 12:30 - 12:34
    但是 不能說氫失去了氫原子
  • 12:34 - 12:38
    這種情況下 只是氫失去了電子
  • 12:38 - 12:39
    它並沒有失去它本身
  • 12:39 - 12:42
    你們可能說 因爲它被吸收了 所以失去了它本身
  • 12:42 - 12:45
    但是 生物學中的定義不是這樣來的
  • 12:45 - 12:50
    當氫和生物體內的化合物結合時
  • 12:50 - 12:51
    常常提供電子
  • 12:51 - 12:54
    所以 如果碳失去氫 並把它給氧時
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    碳失去的是它占用的氫的一個電子
  • 12:58 - 13:00
    而這個電子被氧占用了
  • 13:00 - 13:04
    所以 碳被氧化 氧被還原
  • 13:04 - 13:05
    希望你能夠明白
  • 13:05 - 13:08
    在下一個影片中 我會舉更多例子
  • 13:08 - 13:09
    這樣做的原因是
  • 13:09 - 13:12
    爲了把這些知識應用到細胞呼吸中去
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    這樣 有人說NAD得到氫是被還原了
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    或者 失去氫就是被氧化了
  • 13:21 - 13:23
    或者 等等
  • 13:23 - 13:24
    你不會感到疑惑
  • 13:24 - 13:26
    我想讓你知道
  • 13:26 - 13:28
    這些定義和你在化學課上學到的是一樣的
Title:
Oxidation and Reduction Review From Biological Point-of-View
Video Language:
English
Duration:
13:29
David Chiu added a translation

Chinese, Traditional subtitles

Revisions

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