Окислювально-відновними реакціями називають реакції, що протікають із зміною ступеню окислення атомів елементів, що входять до складу реагуючих речовин.
Студентів № 8.
Години.
Дисципліна : Медична хімія ( БІОНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ )
Тема : Окисно – відновні реакції.
Викладач : Рибальченко Віталій Валентинович
Курс, група : І курс , групи 11, 12, 13. Спеціальність : 5.12010102 «сестринська справа»
І. Актуальність теми : Важливими процесами в тваринних організмах є реакції ферментативного окислення речовин - субстратів: вуглеводів, жирів, амінокислот. В результаті цих процесів організми отримують велику кількість енергії. Приблизно 90 % всієї потреби дорослої людини в енергії покривається за рахунок енергії, що виробляється в тканинах при окисленні вуглеводів і жирів. Решту частини енергії ~10% дає окислювальне розщеплювання амінокислот.
ІІ. Навчальні цілі :
Знати: - Визначення понять : Окислювально-відновні реакції, окислення та ступінь окиснення;
- Окислювачі та відновники;
- Значення окисно-відновних реакцій в живих організмах.
Вміти: - Пояснювати хід окисно-відновних реакцій
- Співвідносити зміну ступені ОВР з окисником та відновником.
- Характеризувати як протікає біологічне окиснення.
ІІІ. Матеріали доаудиторної та аудиторної самостійної роботи :
ІІІ.а. Базові знання , вміння, навички, необхідні для вивчення теми . Для вивчення теми
необхідно:
| Знати | Вміти | З дисципліни |
| Дисоціацію води | — вміти складати молекулярні та йонні рівняння реакцій гідролізу; | Біонеорганічна хімія |
| Водневий показник рН | — вміти прогнозувати зміщення рівноваги гідролізу; | Біонеорганічна хімія |
| Гідроліз солей | — визначати типи реакцій | Біонеорганічна хімія |
ІІІ.б. Рекомендована література :
Основна : - В.Гомонай, Фізична та колоїдна хімія. Ужгород 2006р. с. 132-149.
Додаткова : - Ю.А. Ершов – Общая химия – Москва 2000г. с. с. 119-131.
- Лекція № 4
ІІІ.в. Основні етапи роботи :
1 етап - опрацювання рекомендованої літератури .
| Завдання | Зверніть увагу |
| 1.Прочитати статтю «Окисно – відновні реакції» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.). | 1. На визначення поняття ОВР. 2. На визначення - окисник та відновник. 3. На ступінь окиснення . |
2 етап - виконання завдань для самоконтролю :
| Завдання | Зверніть увагу |
| 1.Прочитавши статтю «Окисно – відновні реакції» , зробіть стислий конспект (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.). | 1. Нате , як указують ступінь окиснення. 2. На прогноз продуктів напряму окислювально-відновних реакцій. |
3 етап - закріплення знань та навичок. Після вивчення теми необхідно :
| Знати | Вміти |
| 1. Визначення понять : Окислювально-відновні реакції, окислення та ступінь окиснення; | 1. Пояснювати хід окисно-відновних реакцій - |
| 2. Окислювачі та відновники; . | 1. Співвідносити зміну ступені ОВР з окисником та відновником. |
| 3. Значення окисно-відновних реакцій в живих організмах. | 1 . Характеризувати як протікає біологічне окиснення. |
ІV. Додаткові завдання ( матеріали позааудиторної роботи ):
Оксидиметрия ( статья из Большой Советской энциклопедии).
З додатка № 2).- мовою оригіналу.
Додатки до СПРС № 8 :
ДОДАТОК № 1.
Окисно – відновні реакції
Окислювально-відновними реакціями називають хімічні процеси, що супроводжуються перенесенням електронів від одних молекул або іонів до інших.
Наприклад, при витісненні міді з розчину СuSО4 цинком
Zn (т) + СuSО4(р) = ZnSО4 (р) + Сu (т)
Електрони від цинку переходят до іонів міді:
Zn (т) + Сu2+ (р) = Zn2+ (р) + Сu (т) .
При окислювально-відновних реакціях протікають взаємозв'язаних два процеси: окислення і відновлення.
Окисленням називають процес втрати електронів. Відновленням - процес приєднання електронів.
Речовини, атоми або іони яких віддають електрони, називають відновниками Red.
Речовини, атоми або іони яких приєднують електрони (або зволікають до себе загальну пару електронів), називають окислювачами Ох.
У реакції цинку з СuSО4 іони Сu2+ приєднують електрони
Сu2+ + 2е- = Сu0 .
Атоми цинку віддают електрони:
Zn°= Zn2+ + 2е-
Відповідно СuSО4 - окислювач, Zn - відновник. Ступінь окислення. Одним з основних понять неорганічної хімії є поняття про ступінь окислення (СО).
Ступенем окислення елементу в сполуці називають формальний заряд атома елементу, обчислений з припущення, що валентні електрони переходять до атомів з більшою відносною електронегативністю (ВЕН) і всі зв'язки в молекулі сполуки є іонними.
Ступінь окислення елементу Е указують вгорі над символом елементу із знаком «-» або «+» перед цифрою, наприклад Мn+7 . Ступінь окислення іонів, що реально існують в розчині або кристалах, співпадає з їх зарядовим числом і позначається аналогічно із знаком «+» або «-» після цифри, наприклад Сl-, Са2+.
Застосовують також метод Штока позначення ступеня окислення римськими цифрами після символу елементу: Мn(VII), Fе (III).
Питання про знак ступеня окислення атомів в молекулі вирішується на підставі зіставлення електронегативностей зв'язаних між собою атомів, які утворюють молекулу. При цьому атом з меншою електронегативністю має позитивний ступінь окислення, а з більшою електронегативністю - негативну.
Слід зазначити, що не можна ототожнювати ступінь окислення з валентністю елементу. Валентність, визначувана як число хімічних зв'язків, якими даний атом сполучений з іншими атомами, не може дорівнювати нулю і не має знаку «+» або «-». Ступінь окислення може мати як позитивні, так і негативні значення, а також приймати нульове і навіть дробне значення. Так, в молекулі СО2 ступінь окислення С рівна +4, а в молекулі СН4 ступінь окислення С рівна -4. Валентність же вуглецю і в тому і в іншому з'єднанні рівна 4.
При окисленні елементу ступінь окислення збільшується, інакше кажучи, відновник при реакції підвищує ступінь окислення:
Мn+2 = Мn+7 + 5е-
Навпаки, при відновленні елементу ступінь окислення знижується, тобто при реакції окислювач зменшує ступінь окислення:
Сl+5 + 6е- = Сl-1
Таким чином, можна дати і таке формулювання окислювально-відновним реакціям:
окислювально-відновними реакціями називають реакції, що протікають із зміною ступеню окислення атомів елементів, що входять до складу реагуючих речовин.
Окислювачі і відновники. Для прогнозу продуктів напряму окислювально-відновних реакцій корисно пам'ятати, що типовими окислювачами є прості речовини, атоми яких мають велику ВЕН > 3,0 (елементи VIA і VIIА-груп). З них найбільш сильні окислювачі фтор (ВЕН = 4,0), кисень (ВЕН =3,0), хлор (ВЕН = 3,5). До важливих окислювачів відносяться РbО2, КМnО4, Се(SО4) 2, K2Cr2O7, К2СгО4, НС1О, НСlOз, КСlO4, NаВiOз, Н2SО4 (конц.), HNO3(конц.), Nа2О2, (NН4)2S2О8, КVОз, КС1О3, Н2О2, МnО2 і інші речовини, які містять атоми з вищою або високою СО.
До типових відновників відносяться прості речовини, яких мають малі ВЕН<1,5 (метали Iа- і IIА-груп і деякі інші метали). До важливих відновників відносяться : Н2S, NН3, НI, КI, SnС12, FеSО4, С, Н2,СО, Н2SО3, Cr2(SО4)3, СuС1, Na2S2О3 і інші речовини, які містять атоми з низькими СО.
Речовини, що містять атоми в максимальному і мінімальному ступенях окислення, можуть бути, відповідно, тільки окислювачами, наприклад К2Сг2О7, КМnО4, РbО2, НС1О4, або тільки відновниками, наприклад NНз, Н2S, НI.
Важливими процесами в тваринних організмах є реакції ферментативного окислення речовин - субстратів: вуглеводів, жирів, амінокислот. В результаті цих процесів організми отримують велику кількість енергії. Приблизно 90 % всій потребі дорослого чоловіка в енергії покривається за рахунок енергії, що виробляється в тканинах при окисленні вуглеводів і жирів. Решту частини енергії ~10% дає окислювальне розщеплювання амінокислот.
Біологічне окислення протікає по складних механізмах за участю великого числа ферментів. У мітохондріях окислення відбувається в результаті перенесення електронів від органічних субстратів - інтермедіатов на елементний кисень, який при цьому відновлюється до води:
½О2 + 2Н+ + 2е- Н2О
Як переносники електронів в дихальний ланцюг мітохондрій входять різні білки, що містять різноманітні функціональні групи, які призначені для перенесення електронів. У міру просування по ланцюгу від одного інтермедіата до іншого електрони втрачають вільну енергію. На кожну пару електронів, переданих по дихальному ланцюгу кисню синтезуються три молекули АТФ. Вільна енергія, що вивільняється при перенесенні двох електронів на кисень, складає 220 кдж/моль.
На синтез однієї молекули АТФ в стандартних умовах витрачається 30,5 кдж. Звідси ясно, що досить значна частина вільної енергії, що виділяється при перенесенні однієї пари електронів, запасається в молекулах АТФ., З цих даних стає зрозумілою і роль багатостадійної передачі електронів початкового відновника до кисню. Велика енергія (220 кдж), що виділяється при перенесенні однієї пари електронів до кисню, розбивається на ряд порцій, відповідних окремим стадіям окислення. На трьох таких стадіях кількість енергії, що виділяється, приблизно відповідає енергії, необхідній для синтезу однієї молекули АТФ.
Окислювально-відновні реакції лежать в основі методів оксидиметрії, які застосовують в клінічному аналізі для визначення в крові іонів кальцію, сечової кислоти, ферментів каталази і пероксидази, цукру, а в санітарно-гігієнічному - для визначення окислюваності води, вміст активного хлора в хлорному вапні, залишкового хлора в господарський-питній воді.
ДОДАТОК № 2.