Окислительно-восстановительные реакции. Роль О-В процессов в метаболизме.

ОВР-хим р-ции, при протекании которых степени окисления (СО) элементов изменяются. Изменение СО в ходе ОВР обусловлено полным или частичным переходом элементов от атома одного элемента к атомам другого элемента. Любая ОВР представляет собой совокупность проц-ов отдачи и присоед-ия

Процесс отдачи электронов наз окислением. Процесс присоединения электронов наз восстановлением.

Типы ОВР:

1. Межмолекулярные ОВР. В этих реакциях О-ль и В-ль входят в состав молекул различных в-в.

N₂⁰+H₂⁰→^-3NH₃⁺¹

2. Внутримолекулярные ОВР. В этих реакциях О-ль и В-ль входят в состав одного вещества.

N^-3H₄N⁺³O₂→ N₂⁰+H₂O

3. Реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования). Это ОВР, в которых один и тот же элемент и окисляется и восстанавливается.

^-4NО₂+H₂O→⁺⁵НNO₃+H⁺³NO₂

Для составления ОВР используют м-д электронного баланса: общее число электронов, которое отдает восстановитель, должно быть = общему числу электронов, которые присоединяет окислитель.

Cu⁰+H⁺⁵NO₃→⁺²Cu(NO₃)₂+⁺²NO+H₂O

Cu⁰-2 е → Cu⁺² |3

N⁺⁵+3 e →N⁺² |2

Важными процессами в животных организмах являются р-ии ферментативного окисления в-в- субстратов: углеводов, жиров, аминокислот. В результате этих процессов организмы получают большое кол-во энергии. Биологическое окисление протекает по сложным механизмам при участии большого числа ферментов. В митохондриях окисление происходит в результате переноса -ов от органических субстратов(интермедиатов) на элементный кислород, который при этом восстанавливается до воды:¹ /₂0₂ + 2Н+ + 2е→ Н₂0

В качестве переносчиков электронов в дыхательную цепь митохондрий входят различные белки, содержащие разнообразные функциональные группы, которые предназначены для переноса электронов. По мере продвижения по цепи от одного интермедиата к другому электроны теряют свободную энергию. На каждую пару электронов, переданных по дыхательной цепи кислороду, синтезируются 3 молекулы АТФ. Свободная энергия, высвобождающаяся при переносе составляет 220 кДж/моль. На синтез одной молекулы АТФ в стандартных условиях расходуется 30,5 кДж. Следовательно значительная часть свободной энергии, выделяющейся при переносе одной пары электронов, запасается в молекулах АТФ. ОВР лежат в основе методов оксидиметрии, которые применяют в клиническом анализе д/определения в крови ионов Ca, мочевой кислоты, ферментов каталазы и пероксидазы, сахара, а в санитарно-гигиеническом- для определения окисляемости воды.

Периодический закон ( 1869) Менделеев считал, что главной хар-кой элемента явл. Его атомная масса. Поэтому он расположил все элементы в порядке увеличения их атомных масс. В периодической системе по гориз. Расположено 7 периодов, из них первые 3-малые, остольные- большие. Каждый период, за искл 1, начинается щелочным Ме и заканчивается благородным газом. В системе 10 рядов. В четных находятся одни Ме, и св-ва элементов слева направо ослабевают. В нечетных рядах св-ва элементов слева направо изменяются. Степень окисления в периоде с ростом атомных масс увеличивается. По вертикали расположено восемь групп. Номер группы связан со степенью окисления. В 8группе размещены благородные газы. Каждая группа делится на главную и побочную. Хим. св-ва элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются. Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения. Их формулы расположены под каждой группой. Элементы главных подгрупп, начиная с 4 образуют водородные соединения. Формулы расположены под элементами главных подгрупп и только к ним относятся. Св-ва элементов в подгруппах закономерно изменяются: сверху вниз усиль Ме св-ва и ослобев не Ме.

Атом состоит из ядра и электронной оболочки.

Электронная оболочка – совокупность всех -ов в данном атоме. Она определяет хим св-ва элементов. В ХХв ученые установили, что имеет двойственную природу: явл одновременно частицей и волной. Представления о двойственной природе привело к созданию квантово-мех-ой теории строения атома, согласно которой не имеет определенной траектории движения. Каждый в атоме занимает определенную орбиталь и образует электронное облако. Атомная орбиталь и электронное облако одинаковы по размеру. Для их хар-ки используют квантовые числа:

·Энергия и размер орбитали и электронного облака хар-ся главным квантовым числом n (= от 0 до ∞). Совокупность орбиталей, которые имеют одинаковое значение n – энергетический уровень. Совокупность -ов, которые находятся на одном энергетическом уровне – электронный слой. На одном энерг-ом уровне могут находится орбитали, различные по форме.

·Форма орбиталей и облаков хар-ся побочным квантовым числом l (от 0 до n-1). Орбитали, для которых l =0 имеют форму шара – s-орбитали. l =1 имеет форму гантели – р-орбиталь. l =2 – d-орбиталь и l =3 f-орбиталь.

·Магнитное квантовое число м ₁ хар-ет направление орбиталей в пространстве (целые числа от - l через 0 до + l).

·Электрон хар-ся еще одним – спиновым числом m_s (только 2 значения +1/2 и -1/2).

Принцип Паули: в атоме не м.б. 2х -ов с одинаковым набором всех 4х квантовых чисел. Поэтому на одной орбитали не м.б. больше 2х электронов. -ны, которые находятся на одной орбитали, наз спаренными.

Порядок заполнения электронами атомных орбиталей определяет принцип наименьшей энергии: основное состояние атома – это такое состояние, которое хар-ся min энергией. Поэтому -ны заполняют орбитали в порядке увел. их энергии. (1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d)