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酸化と還元 

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酸化とは酸素と反応して酸化物を作る。
鉄が錆びるのは酸化して酸化物ができる、、これが「さび」です。
そして紙が燃える、、有機物(セルロース)が酸化(燃焼)してCO2とH2Oができる。
お酒(エタノール: CH3-CH3-OH)は過酸化水素(H2O2)で酸化されて、アセトアルデヒド(CH3-CHO)になります。さらに酸化されると、酢酸になります。ここで、過酸化水素は酸化剤で、エタノールを酸化しますが、自分自身はエタノールで還元されたことになり、エタノールは還元剤になります。


酸素は電子が8個の原子。
外側の6個の電子が結合に関係します。普通は空いた軌道に順に電子が入っていくのですが、
酸素では2つの空いた軌道に、電子が一個ずつ入ります。軌道に電子が1個だけ入った状態がフリーラジカル(不対電子)で、他の原子や電子と反応しやすい活性な状態ですね。

酸素分子は、不対電子どうしで結合しますが、やはり不対電子が1個ずつ残ります。
これらの不対電子は回転方向が同じであり、1つの軌道に同時には入れません(法則があるらしいです)
酸素分子は不対電子を有するビラジカルで、電子の回転(スピンといいます)が同じなので、
三重項酸素と呼ばれます。酸素が他の物質を酸化したりする能力は、この活性なラジカルのせいなのです。

酸素分子はこのように活性なフリーラジカルを持っているので、他の分子に結合して安定になろうとします。これが、酸化反応です。


物質を酸化させるものは酸化剤といいます。
金属の銅が酸素に触れると、ラジカルが銅に結合しますが、不安定な過酸化物ですから、酸素原子が抜けて酸化銅CuOになります。銅が酸化されて電子が2個抜け、その電子が酸素に与えられたことになります。CuOの結晶構造では、Cuの周りにOが4個あるような構造ですから、四角形が横に連なったようなものですね。物質が酸素と反応する以外にも、物質から水素が奪われる反応も酸化反応です。これらの反応で共通することは、物質の電子が失われていることです。したがって酸化反応とは物質の電子が失われることになるわけです。

 
還元とは酸化の逆の反応ですが、「物質が電子を受け取る化学反応」であり、具体的には物質から酸素が奪われる反応、または物質が水素と結合する反応のこと。
もちろん、生体でも酵素による還元反応があります。

酸化の状態を表すのに、酸化数が使われることもあります。酸化数とは、対象原子の電子密度が、単体であるときと比較してどの程度かを知る目安の値。 酸化とはある原子が電子を失うことであるので、単体であったときより電子密度が低くなっています。 還元とはある原子が電子を得ることであるので、単体であったときより電子密度が高くなっています。ある原子が酸化状態にある場合、酸化数は正の値をとり、その絶対値が大きいほど電子が不足の状態にあることを示します。逆に還元状態にある場合には負の値をとり、その絶対値が大きいほど電子が過剰の状態にあることを示します。


物質が酸素と触れても、そう簡単には酸化しませんが、金属等の触媒、酵素、光があると、容易に酸化が起ります。これは、酸素が活性な活性酸素になったため。
活性酸素は不安定で、強い酸化作用を持っていますが、寿命が短いのですぐに活性が無くなってしまいます。過酸化水素
H2O2はこの活性酸素を持ってるのです。そしてヒドロキシリラジカル。
このヒドロキシルラジカル(HO)は、水酸基(OH)のラジカルですが、活性酸素の中では最も反応性が速い、強い酸化力を持っています。

過酸化水素はラジカルではないですが、、容易に酸素やヒドロキシラジカルを発生しますので、活性酸素になりやすい。過酸化水素から、二酸化マンガン(MnO2)により酸素が発生し、鉄(Fe2+)によりヒドロキシルラジカルが発生します。過酸化水素の反応が速いわけは活性酸素だったのですね。



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