酸化還元反応
n.、複数形:酸化還元反応
定義:生物学では、原子の酸化数が変化した生化学反応である。
目次
酸化還元反応の定義
酸化還元反応とは何ですか？ これは化学と生物学の一般的な用語です。 化学では、酸化還元反応は、原子の酸化状態の変化を伴う化学反応のタイプの一つです。 この反応では、異なる化学種間で起こる電子の実際の移動またはシフトがある。 この反応では、一方の種は電子を失い、他方の種は電子を得る。 (Olson,2021)電子を獲得する種は減少すると言われ、電子を失った種は酸化されると言われている。 生物学では、酸化還元反応は、多種多様な生物学的プロセスで起こる反応の形態であるため、生命のすべての側面を定義しています。
酸化還元反応には何が関与していますか？ 酸化還元反応の規則によれば、反応は2つの部分から成り、それらは常に一緒に起こる。 それらは還元された半分と酸化された半分です。 還元半反応および酸化半反応は、酸化還元反応の2つの形態の半反応のタイプである。 （マインドタッチ, 2021)
酸化還元反応は、還元と酸化の両方を伴う化学反応であり、反応に含まれる原子の酸化数が変化する。 酸化は、酸化数の増加があるときであり、還元は、酸化数の減少があるときである。 それは、細胞呼吸や光合成などの多くの重要な生物学的プロセスに関与しています。 例えば、細胞呼吸では、グルコースが二酸化炭素に酸化され、酸素が水に還元されるときに酸化還元反応が起こる。 変型: 酸化還元反応
どのように酸化還元反応を決定するには？
酸化還元反応は、常に二つの原子の酸化状態の変化によって決定されます。 酸化数に変化がなければ、酸化還元反応はありません。 酸化還元反応のもう一つの特徴は、それが二つの同時プロセス、したがって、名前で構成されていることです。 これをさらに理解するために、酸化と還元の定義を理解しましょう。 酸化とは何ですか？ 酸化は、原子、イオン、または分子の酸化状態を増加させるプロセスである。 簡単に言えば、それは電子を失うことを意味します。 削減とは何ですか？ 還元は、原子、イオン、または分子の酸化状態を減少させるプロセスである。 または、それは単に電子の獲得を指します。 （はい、この点での減少は”獲得”を意味します）。 したがって、酸化還元反応では、電子を失う一方で、別の電子はそれを得る。
酸化還元反応の種類
これらは酸化還元反応の種類であり、それぞれを以下に説明する。
- 分解反応
- 組み合わせ反応
- 変位反応
- 不均化反応
1. 分解反応
名前が示すように、分解反応では、反応物が異なる成分に分割または分割されます：AB→A+B
例:
- 2NaH→2Na+H2
- 2H2O→2H2+O2
上記の生成物は反応物の分解によって形成される。 その結果、より小さな化合物が形成される。
しかし、場合によっては、すべての分解反応も酸化還元反応である必要はない。 例えば、Ｃａｃｏ３→Ｃａｏ＋ＣＯ２は分解反応であるが、酸化還元反応ではない。 なぜこれは酸化還元反応ではないのですか？ Caco3→CaO+CO2の分解反応は、成分の解離を伴うが、酸化状態に変化はない。 酸化数は変化しなかったが、これは酸化還元反応であるときに変化すると考えられている。
2. 組み合わせ反応
分解反応の逆は組み合わせ反応である。 この反応では、2つの反応物の組み合わせがあり、生成物が形成される：A+B→AB
例:
- H2+Cl2→2HClC+O2→CO2
- 4Fe+3O2→2Fe2O2
3. 変位反応
名前が示すように、この反応は、イオンまたは原子を元素から別の元素のイオンまたは原子に置換することを含む：X+YZ→XZ+Y。 変位反応は2つの形をしている。 それらは金属変位反応および非金属変位反応である。
- 金属変位：金属変位反応では、通常、金属は別の金属に置き換えられます。 例はCuso4+Zn→Cu+Znso4です。 金属変位反応は、それらの鉱石から純粋な金属を得るための冶金プロセスにおいて使用される。
- 非金属変位：非金属変位反応では、水素H2または酸素O2が変位に使用されることがあります。
4. 不均化反応
不均化反応では、単一の反応物は酸化と同様に還元しています。
:
P4+3naoh+3H2O→3nah2po2+PH3
酸化剤と還元剤
酸化還元反応には、二つのタイプの化学物質があります。 それらは酸化剤（酸化剤）および還元剤（還元剤）である。 酸化と還元プロセスにおける役割を理解することによってそれらを区別しましょう。
| 表1:酸化対 削減 | |
|---|---|
| 酸化 | 還元 |
| 酸化では、電子は還元で”失われる” | 、電子は”獲得される”” |
| 反応物の酸化状態の増加 | 反応物の酸化状態の減少 |
| 電子を供与し、酸化を受ける種は、還元剤として知られています。 したがって、それは”電子供与体”とも呼ばれる。 それが電子を失うと、それはそれによって「酸化」される。 | 電子を受容したり原子を還元したりする種を酸化剤と呼ぶ。 したがって、それは「電子受容体」としても知られている。 それが電子を受け入れるとき、それはそれによって「減少」される。 |
| 還元剤の例としては、ナトリウム、マグネシウム、鉄などの陽性元素があります | 酸化剤の例としては、O2やF2などの電気陰性元素があります |
標準電極電位
標準電極電位は、水素分子（H2）が標準圧力下で溶媒和プロトンの形で酸化されるようなセルの標準起電力（emf）の値とみなされます。
電気化学セルにおける酸化還元反応の目的は何ですか？
酸化還元反応は電気化学セルの基礎です。 これは、陽極での酸化と陰極での還元の2つの半反応に分けることができます。 二つの電極の電位の差により、電気が発生します。 そして、二つの金属電極の電位の差のために、電解質の電位の差が生じる。 これは、任意の要素または化合物の還元力を測定するために使用されます。
電極電位や電解質電位だけで正確に測定する簡単で簡単な方法はありません。 圧力、温度、または濃度の変化は、電位だけでなく、電気化学式にも影響を与えます。 酸化還元反応では、酸化電位は還元電位の負であるため、電位の1つを計算すれば十分です。 このため、標準電極電位も標準還元電位と表記される。
標準還元電位の値が大きければ、還元（電子の獲得）が容易になる。 たとえば、F2の標準還元電位は+2.87Vで、Li+の場合は-3.05Vです。
しかし、生物学はどうですか？ 生物学的細胞における酸化還元反応の目的は何ですか？
生体細胞では、代謝中に糖分子が水、二酸化炭素ガス、エネルギーに分解されるなど、酸化還元反応にはさまざまな目的があります。 エネルギーの放出とともに、砂糖中の炭素原子から酸素への48個の電子の移動がある。
C6H12O6(s)+6O2(g)→6CO2(g)+6H2o(l)+エネルギー
生体における酸化還元反応のもう一つの目的は細胞通信である。 細胞内に酸素を含む反応性分子は、シグナル伝達分子としての役割を果たす。 例えば、酸素（Ｏ２、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ）を含有する反応性分子は、酸化還元反応の間に制御された様式で細胞内で生成される。 これらの化学物質は、創傷治癒、炎症、老化、およびプログラムされた細胞死などの異なる役割を有する。
新しい研究によると、酸化還元反応は癌治療のために細胞内でも利用することができる。 癌治療薬のクラスは、最終的に癌細胞を殺す腫瘍体内の酸素を含む反応性分子の産生を強化します。
酸化還元反応の例
酸化還元反応の例は以下の通りである。
例1:水素とフッ素の反応
フッ素と水素の反応では、水素で酸化が起こり、フッ素で還元が起こります。 水素とフッ素が結合してフッ化水素を形成する。
次式は反応を示しています：H2+F2→2HF
酸化式はH2→2H++2e–
還元式はF2+2e–→2F–
例2：鉄と過酸化水素の反応
過酸化水素は酸の存在下で第一鉄イオンFe2+を第二鉄イオンFe3+に酸化する。 その結果、水酸化物イオンが形成される。 過酸化水素はプロトンと反応し、これは水の形成のために酸によって寄付される。
2fe22++H2O2+2H+→2fe3++2H2O
酸化半反応はFe2+→Fe3++e-
還元半反応はH2O2+2e-→2OH–
例3：亜鉛と銅の反応
亜鉛が硫酸銅の溶液中の銅のイオンを置換すると、銅金属が得られる。
Zn(s)+Cuso4(aq)→Znso4(aq)+Cu(s)
酸化半反応はZn→Zn2++2e-
還元半反応はCu2++2e–→Cu
酸化還元反応の意義
酸化還元反応は、最も重要で主要なエネルギー源であるため、酸化還元反応は重要である。自然（生物学的）または非自然（人工的）の方法のいずれかで地球。 水素の除去または酸素の組み合わせのいずれかによって酸化反応において膨大な量のエネルギーを得ることができる。 （化学, 2021)
産業における酸化還元反応
塩素、苛性ソーダなどの産業で一般的に使用されている多くの化学物質は、酸化還元反応によって形成されます。 酸化還元反応は、漂白材料および水の消毒に使用される。 工業用洗浄製品の製造において、酸化プロセスが使用される。 腐食の危険がある状態にある多くの金属は犠牲的な陽極とのそれらの結合によって保護されます。 鋼の亜鉛めっきはその一例です。 アンモニアの酸化は必須肥料である硝酸を生成した。 酸化還元反応は、それらの鉱石からの金属の分離にも使用される。 還元剤の存在下での金属硫化物の製錬もその一例である。 金メッキ装飾品の製造では、酸化還元反応を使用して、物体の表面に薄い材料のコートを塗布する。 このプロセスは電気めっきとしても知られています。 (W3spoint.com
生物学における酸化還元反応
細胞における酸化還元反応の目的は何ですか？ 多くの生物学的プロセスは、細胞呼吸や光合成などの酸化還元反応を伴う。
細胞呼吸（C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O）は、グルコースの二酸化炭素への酸化（CO2）と酸素（O2）の水への還元（H2O）である。 細胞呼吸酸化還元の方法は、NAD+のNADHへの還元および酸化に関連しており、その逆もまた同様である。 以下は細胞呼吸の概略図である。
図1:細胞呼吸の一形態としての好気性呼吸の模式図。 この生物学的プロセスで酸化還元が起こる多くの例がある。 一例は、解糖中のグルコースの酸化であり、そこでNAD+が還元され、それによってNADHが生成される。 これはまた、FADがFADH2を生成するような他の電子キャリアを含むものでもある。 そして、クエン酸サイクルのステップは、実際には、一連の酸化還元反応である。 
図2：クエン酸サイクル（左）と電子輸送鎖（右）を示し、酸化還元反応を示しています。 イメージソース: このような状況の中で、私たちは、このような状況に直面していることを認識しているのです。 光合成
光合成における酸化還元反応（6CO2+6H2O+光エネルギー→C6H12O6+6O2）では、二酸化炭素が糖に還元され、水が酸化されて分子酸素 酸素中の電子の数は8である。 細胞呼吸と光合成は反対の反応のように見えますが、これらの2つのプロセスは互いに逆ではありません。
: 光合成-光分解と炭素固定
酸化還元サイクリング
フリーラジカルの形成のための酵素の助けを借りて、広範な種類の芳香族化合物が還元される。 フリーラジカルは、その親よりも一つ以上の電子を持っています。 電子供与体は、任意のフラボ酵素またはその補酵素であり得る。 一度形成の後で、陰イオンの形の遊離基は極度の酸化物に酸素を減らし、また変化しない親（元の）混合物は更新されて得ます。 全体的に、この反応では、フラボエンザイム補酵素での酸化およびスーパーオキシドの形成のための分子酸素での還元がある。 この触媒作用の挙動は酸化還元サイクルと呼ばれる。
地質学における酸化還元反応
地質学では、酸化還元反応には次のような多くの用途があります:
- 鉱物の動員
- 鉱物の形成
- 堆積環境
岩石の色では、酸化還元状態が見えます。 酸化岩は赤い色をしていました。 還元液体または液体が岩石に渡されると、緑色または白色を与える。 還元性液体または流体は、ウラン含有鉱物を有していた。 Moquiビー玉とウラン鉱床は、地質学的酸化還元反応から形成された鉱床のいくつかの例である。
土壌中の酸化還元反応
酸化還元反応では、酸化と還元の同時反応があります。 土壌中の酸化還元反応の例は、水の存在下での酸素の還元による鉄から鉄への鉄の酸化である。 （自然, 2021)
酸化還元反応のバランス
以下では、酸化還元式のバランスをとる方法、または塩基性溶液中の酸化還元反応または酸化還元反応を行う方法を説明します。
- ステップI：不均衡な方程式を書く。
- : ステップIII：半反応のバランス
H2とO2を除くすべての原子のバランス
すべてのO2原子を水とバランスさせるH2O
水素の原子をH+
1OH-onステップIV：電子の数のバランスをとるステップv：半反応で、電子損失を電子利得と等しくするステップvi：電子損失を電子利得と等しくするステップ: 一緒に半反応を追加 - ステップVII：方程式を単純化
最後に、すべての電荷と要素がバランスされていることを確認してください。 簡単にするために、オンラインの酸化還元反応計算機または酸化状態計算機も方程式のバランスをとるために使用されます。
酸化数を見つけるには？
1. ゼロは遊離元素の酸化数である。
2. イオン上の電荷は、単原子イオンの酸化数に相当する。
3. イオン上の電荷も多原子イオンの酸化数に相当する。
4. 水素の酸化数は+1であるが、いくつかの電気陰性元素を有する化合物にある場合、酸化数は-1に変化する。
5. 酸素酸化数は-2であるが、過酸化物では-1である。
6. 炭素酸化数は大きく変化する。 CH4では-4ですが、CO2では+4
7です。 第1族元素は酸化数+1を有していた。
8. 第2族元素は酸化数+2を有していた。
9. 第17族元素は酸化数-1を有していた。
10. 中性化合物では、すべての原子の全酸化数はゼロである。
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