Oxidantien / Oxidationsmittel – Reaktionen und Eigenschaften

Reaktionen zwischen zwei oder mehr Molekülen führen zu physikalischen oder chemischen Veränderungen. Physikalische Veränderungen verändern das Erscheinungsbild der Materie und chemische Veränderungen verändern die Zusammensetzung der Materie.

Reaktion

Eine Reaktion tritt auf, wenn zwei oder mehr Moleküle oder Gruppen von Atomen interagieren. Das Ergebnis hängt von der Art des Moleküls und deren Wechselwirkung ab. Die Wechselwirkung verursacht entweder eine physikalische oder eine chemische Veränderung.

Physische Veränderung

Wenn eine physikalische Veränderung eintritt, bleibt die betroffene Materie auf ihrer molekularen Ebene gleich. Die Moleküle ordnen sich neu an, aber die innere Struktur bleibt intakt.

Beispiel für physische Veränderungen

Der Wechsel von Wasser zu Eis zeigt ein Beispiel für körperliche Veränderung. Die Senkung der Wassertemperatur bewirkt, dass es gefriert und eine andere Form annimmt, aber es enthält immer noch Wasserstoff und Sauerstoff.

Chemische Veränderung

Eine chemische Veränderung tritt auf, wenn eine Reaktion eine Veränderung auf molekularer Ebene verursacht. Während dieser Reaktion brechen Bindungen zwischen Atomen oder Neue bilden sich. Nach der Reaktion ändert sich die chemische Zusammensetzung der Materie, und eine neue Substanz bildet sich.

Beispiel für chemische Veränderungen

Rostieren zeigt ein Beispiel für einen chemischen Wandel. Rostbildung tritt auf, wenn Eisen (Fe), interagiert mit Sauerstoff (O). Der entstehende Rost oder Eisenoxid hat eine andere chemische Zusammensetzung als seine ursprünglichen Komponenten.

Antioxidans ist ein Haushaltswort geworden, das gleichbedeutend mit guter Gesundheit ist. Im Gegenzug, Oxidationsmittel könnte sich logischerweise auf eine Substanz beziehen, die schlechte Gesundheit verursacht. Aber der Begriff Oxidationsmittel hat tatsächlich unterschiedliche Auswirkungen, je nach Art des Gegenstands, z. B. biologische versus industrielle Systeme. Denn auf der grundlegendsten Ebene akzeptieren oxidierende Substanzen Elektronen. So wie die beteiligten Substanzen und Prozesse variieren werden, so wird auch die Konnotation von Oxidationsmittel variieren.

Oxidationsmittel

Ein Oxidationsmittel kann sich in Form eines einzelnen Moleküls, einer Verbindung (einer Mischung von Stoffen) oder eines Elements ausdrücken. Ein Oxidationsmittel erscheint in der Regel als Molekül, wenn seine Verwendung biologische Funktionen betrifft. Diese biologischen Oxidationsmittel bilden sich während verschiedener Arten von intrazellulären Prozessen wie Stoffwechsel und Entzündungsreaktionen. Oxidationsmittel erscheinen in der Regel als Verbindungen, wenn es chemische Funktionen betrifft. Chemische Oxidationsmittel können künstlich durch industrielle Herstellungsverfahren, wie z.B. mit Wasserstoffperoxid oder Eisensalz, hergestellt werden. Oxidantien, die als natürliche Elemente exprimiert werden – wie Sauerstoff oder Jod – können sich entweder auf biologische oder chemische Funktionen beziehen.

Oxidationsmittel akzeptieren Elektronen, ein Prozess, der "Oxidation" auf biologischer oder chemischer Ebene verursacht. Zuvor wurde der Begriff Oxidation auf Reaktionen angewendet, die ausschließlich mit Sauerstoff zustande kommen. Heute erkennen Wissenschaftler jedoch an, dass Oxidation mit oder ohne Sauerstoff auftreten kann. Ob eine Oxidation "gut" oder "schlecht" ist, hängt von der Art der Reaktionen und ihren Folgen ab.

Chemische Oxidation

Chemische Oxidation tritt auf, wenn zum Beispiel Eisen mit Sauerstoff und Feuchtigkeit in Berührung kommt. Die Reaktion korrodiert das Eisen und erzeugt einen rot-orangen Rückstand, ein Prozess, der als Rost bezeichnet wird. Oxidation auf chemischer Ebene wird auch kommerziell durch "Oxidationstechnologien" verwendet. Diese Technologien verwenden verschiedene Substanzen, um andere zu oxidieren. Das Verfahren kann beispielsweise kontaminierte Böden und Abwasser behandeln.

Biologische Oxidation

Wie die chemische Oxidation tritt die biologische Oxidation auf, wenn Elektronen eine Substanz verlassen. Die Prozesse gehen jedoch auseinander, wobei die biologische Oxidation auf einer anderen atomaren oder molekularen Ebene stattfindet. Zum Beispiel oxidiert Glukose, wenn Wasserstoffatome die Substanz verlassen, und kombiniert mit einem Oxidationsmittel, einem Prozess der zellulären Atmung. Diese Art der biologischen Oxidation ist ein vorteilhafter Prozess, der Energie für einen Organismus erzeugt

Andere Formen der biologischen Oxidation können jedoch einen Organismus schädigen. Diese Wechselwirkungen beinhalten Oxidationsmittel, die biologisches Material, wie DNA und Protein schädigen und zu degenerativen Krankheiten beitragen. Diese Oxidationsmittel erscheinen durch natürliche Prozesse wie den Stoffwechsel eines Organismus. Negative Formen der Oxidation wie diese haben eine Fülle von Gesundheitsinformationen in Bezug auf Substanzen erzeugt, die helfen können, die Wechselwirkungen auszugleichen. Diese gegensäuernden Substanzen werden Antioxidantien genannt.

Gute Antioxidantien

Die Antioxidantien, die die Auswirkungen der schädlichen biologischen Oxidation bekämpfen, kommen in Form von Verbindungen, und erscheinen in verschiedenen Lebensmitteln, Kräutern und Extrakten. Einige dieser Antioxidantien sind Vitamine C, A und E, Selen, Beta-Carotin und Traubenkernextrakt. Diese und andere können durch den Verzehr von Obst, Gemüse und Nahrungsergänzungsmitteln erhalten werden.

Chemiebegriffe können verwirrend sein, zum Teil, weil einige Begriffe mehrere verwandte (aber unterschiedliche) Bedeutungen haben, abhängig sind von dem Zweig der Chemie, mit dem Sie es zu tun haben. Nehmen wir zum Beispiel das Wort Substratin der Chemie: Es kann sich entweder auf ein chemisches Substrat oder ein Enzymsubstrat beziehen, je nach Kontext, in dem es verwendet wird. Da die Verwendungen jedoch zusammenhängen, kann das Erlernen, wie der Begriff in verschiedenen Arten von chemischen Reaktionen verwendet wird, Ihnen ein besseres Verständnis des Konzepts der Substrate als Ganzes geben.

Definition chemischer Substrate

In der Chemie können Sie Substrat allgemein als das Medium definieren, in dem Ihre chemische Reaktion stattfindet. Es ist jedoch ein bisschen mehr als das. Das Substrat ist in der Regel auch der Auslöser Ihrer chemischen Reaktion, was bedeutet, dass es die chemische Komponente ist, die tatsächlich durch die Reaktion in etwas anderes umgesetzt wird. Am Ende der Reaktion wird das ursprüngliche Substrat nicht mehr die gleiche chemische Zusammensetzung haben.

Es ist jedoch erwähnenswert, dass das Substrat oft chemisch stabil ist. In vielen Fällen ist eine äußere Chemikalie oder die Anwendung von Energie erforderlich, um die chemische Reaktion zu beginnen. Dieser äußere Einfluss wird als Katalysator bezeichnet. Der Katalysator beginnt die Reaktion, ist aber nicht wirklich ein Teil davon. Das Endergebnis wird immer noch eine Änderung des Substrats sein, aber keine Kombination aus Substrat und Katalysator.

Enzymsubstrate

In der Biochemie ändert sich die Definition von Substrat ein wenig. In diesem Zusammenhang werden Substrate typischerweise als "Enzymsubstrate" bezeichnet und stellen die organischen Materialien dar, auf die ein Enzym wirkt, um eine Reaktion zu verursachen. Dies ähnelt der Initiatisierungsdefinition, die in der allgemeinen Chemie verwendet wird, aber es ist wichtig zu beachten, dass diese Definition etwas enger ist. Es bezieht sich nur auf ein Material, das in Enzymreaktionen vorhanden ist, und nur auf eine bestimmte Art von Material.

Sie können eine Ähnlichkeit zwischen Enzymreaktionen mit dem Substrat und der Art und Weise bemerken, wie Katalysatoren eine chemische Reaktion in der allgemeinen Chemie beginnen. Im Falle der Biochemie spielen Enzyme die Rolle des Katalysators, um eine Reaktion innerhalb des Substrats zu beginnen, ohne tatsächlich Teil des Endergebnisses der Reaktion zu sein.

Das Kernkonzept der Substrate

Trotz der leichten Unterschiede in den allgemeinen Chemie- und Biochemiedefinitionen von Substrat sollte das Kernkonzept ziemlich klar sein. Was die Chemie betrifft, wird ein Substrat allgemein als chemisches Material angesehen, auf das ein anderes Material wirken kann, um eine Veränderung zu bewirken. Die Veränderung tritt auf das Substrat selbst und nicht auf den äußeren Katalysator oder Enzym, und in den meisten Fällen könnte es wahrscheinlich auf eigene Faust passieren, wenn genug Zeit zur Verfügung steht.

Wie bei der spezifischeren Definition, die in der Biochemie gesehen wird, können auch andere Nischen der Chemie spezifische Definitionen des Wortes "Substrat" haben, die sich ein wenig von der allgemeinen Definition unterscheiden. Das Kernkonzept wird jedoch gleichbleiben, unabhängig von den Besonderheiten, die von der Nische auferlegt wird. Während der Kontext und die Details unterschiedlich sein können, werden Substrate in der Chemie immer eine Form von Chemikalie oder Molekül sein, auf die eine andere Chemikalie oder ein anderes Objekt in irgendeiner Weise reagieren kann.

Substrate in anderen Wissenschaften

Denken Sie daran, dass Chemie nicht die einzige Wissenschaft ist, die den Begriff "Substrat" verwendet. Die Biologie verwendet den Begriff, um ein Wachstumsmaterial für biologische Organismen anzuzeigen (wie das Material, auf dem Bakterien in einer Petrischale wachsen), während die Geologie Substrat als die darunter liegende Gesteinsschicht oder andere Materialien definiert, die unter dem Boden gefunden werden. Auch andere Wissenschaften wie die Materialwissenschaft verwenden den Begriff mit leichten Variationen seiner Bedeutung. Während sich die Besonderheiten von Wissenschaft zu Wissenschaft unterscheiden, wird das Wort Substrat im Allgemeinen als eine Art Kern oder Oberfläche in der gesamten wissenschaftlichen Welt definiert.

Eine wässrige Reaktion ist eine chemische Reaktion, die im Wasser stattfindet. Viele wichtige chemische Reaktionen finden im Wasser statt und viele davon sind mit dem Leben verbunden. Es gibt drei Haupttypen von wässrigen Reaktionen, die als Niederschlagsreaktionen, Säure-Basen-Reaktionen und Oxidations-Reduktionsreaktionen bekannt sind.

Wasser und wässrige Lösungen

Wassermoleküle bestehen aus zwei Wasserstoffatomen, die mit einem einzigen Sauerstoffatom verbunden sind. Viele Substanzen können sich in Wasser auflösen und das Ergebnis ist eine wässrige Lösung. Ein Beispiel für eine wässrige Lösung ist Natriumchlorid (Salz), das in Wasser gelöst wird.

Niederschlagsreaktionen

Eine Niederschlagsreaktion findet statt, wenn zwei wässrige Reaktanten, ein fester und ein flüssiger reagieren, um ein unlösliches Produkt zu bilden, das als Niederschlag bekannt ist. Ein Beispiel ist, wenn Bleinitrat mit Kaliumjodid gemischt wird. Bleijodid ist das unlösliche Produkt, das hergestellt wird und daher der Niederschlag ist.

Säure-Base-Reaktion

Eine Säure ist eine Substanz, die positive Wasserstoffionen enthält. Im Gegensatz dazu ist eine Basis eine Substanz, die Wasserstoffionen akzeptiert und negative Hydroxylionen in Wasser produziert. Wenn Säure und Base zusammen reagieren, ist das Ergebnis eine Neutralisationsreaktion. Ein Beispiel für eine Neutralisationsreaktion ist Salzsäure, die mit der Natriumhydroxidbasis kombiniert wird, um Wasser und Natriumchlorid zu produzieren.

Oxidations-Reduktionsreaktionen

Oxidation ist der Prozess, durch den eine Chemikalie Elektronen verliert und positiver wird. Reduktion ist der entgegengesetzte Prozess und tritt auf, wenn eine Chemikalie Elektronen gewinnt und negativer wird. Zwischen einem Metall und einem Nichtmetall findet eine Oxidations-Reduktionsreaktion statt, die auch als Redoxreaktion bezeichnet wird. Ein Beispiel für eine Redoxreaktion ist, wenn Natrium, das offiziell als Metall klassifiziert ist, mit Chlor reagiert und Natriumchlorid produziert:

Bei dieser Reaktion wird ein Elektron vom Natriumatom auf das Chloratom übertragen. Dies führt zu positiv geladenen Natriumionen und einem negativ geladenen Chlorion. Die elektrostatische Abstoßung zwischen den beiden Elementen erzeugt eine ionische Bindung.