Procese Redox în Organismul Uman

• REACTII DE OXIDO-REDUCERE:

Electrochimia este acea parte a chimiei care se ocupa cu studiul corelatiei dintre energia chimica si energia electrica si a transformarilor lor reciproce.

Reactii de oxido - reducere

Reactii de oxidare

Reactii de reducere

Cedare de electroni Acceptare de electroni

Na 1e.-→ Na1+ Cl + 1e-→Cl1-

Reactii redox

Oxidarea: Cand un element cedeaza electroni sufera fenomenul de oxidare. Elementele care cedeaza electroni se numesc reducatori, iar cele care primesc electroni se numesc oxidanti. Elementele ai caror atomi au in stratul exterior de la 1 la 3 electroni, in timpul reactiilor chimice nu primesc, ci cedeaza electroni transformandu-se in ioni pozitivi. Aceste elemente , reprezentate in special de metale, sunt reducatoare.

Reducerea: este procesul prin care are loc o aditie de electroni. Oxidatul capteaza in timpul reactiei electroni de la substanta care se oxideaza si prin aceasta el insusi se reduce, reducatorul pierzand electroni se oxideaza.

Deoarece electronii cedati de catre un element se aditioneaza imediat la altul, oxidarea este insotita imediat de reducere si invers, de aceea vorbim de reactii de oxido-reducere.

In foarte multe reactii de oxido-reducere nu se produce , insa , un transfer de electroni , ci numai o deplasare a lor penru a forma legaturi covalente polare. Pentru a determina cu usurinta si in aceste cazuri elementul care se oxideaza sic el care se reduce, se utilizeaza numerele de oxidare, care caracterizeaza o anumita stare de oxidare a elementelor libere , sau din combinatii.

Se numeste stare de oxidare sarcina pozitiva sau negativa pe care ar avea-o un atom intr-o molecula sau intr-un ion complex, daca molecula sau ionul complex ar fi compusi din ioni monoatomici.

Elementele oxido-reducatoare sunt acelea ai caror atomi au in stratul exterior 4, 5, 6, 7 electroni. Ele se pot reduce primind electroni pana la completarea octetului, fiind oxidanti , sau pot ceda electroni, fiind reducatori (exceptie fac oxigenul si fluorul care sunt numai oxidanti , deoarece atomii lor nu formeaza ioni pozitivi). Gazele rare avand 8 electroni pe ultimul strat nu primesc si nu cedeaza electroni.

La stabilirea reactiilor de oxido-reducere, trebuie sa se stabilieasca , in primul rand, reducatorul si oxidantul si numarul de electroni primiti sau cedati de acesta, sau, cand nu se petrece un schimb de electroni, modificarea numarului de oxidare.

Agenti reducatori:

• metale Mg, Al, Zn, Fe, Sn

• nemetale H2 C S, P,

• oxizi ai nemetalelor in stari de oxidare mici CO, SO2, NO

• hidracizi H2S, HI,

• saruri ale metalelor in stari de oxidare mici SnCl2, FeCl2

• curentul electric

Agenti oxidanti:

• nemetale O2, O3, halogeni (X2)

• oxizi nemetalici SO3 V2O5, NO2

• oxizi metalici CuO

• oxiacizi concentrate HNO3, H2SO4

• saruri ale oxiacizilor in stari de oxidare superioare KClO3, KClO4, K2Cr2O7, KMnO4

• sarurui complexe ale ale metalelor tranzitionale [Ag(NH3)2] Cl

• curentul electric

2.REACTII REDOX IN BIOENERGETICA:

Mecanismele de transfer ale energiei in celule sunt componente ale cailor metabolice ale celulelor ce pot fi impartite in anabolice sau sinteza si catabolice sau de descompunere. Reactiile anabolice implica o crestere in structura biologica, iar cea de-a doua lege a termodinamicii are o crestere in entropia sistemului, este nevoie de energie. In contrast, reactiile catabolice implica o crestere a entropiei (entropie = mărime de stare termica a sistemelor fizice, care creste în cursul unei transformări reversibile). si o eliberare de energie.

Prin urmare este posibila directa legare a reactiilor anabolice si catabolice in organism. Atata timp cat energia eliberata prin catabolism este mai mare ca cea consumata prin anabolism, cea de-a doua lege este indeplinita. Dar in majoritatea reactiilor biologice cele doua aspecte (anabolismul si catabolismul) nu sunt legate direct si in loc de energie multa este utilizata cea intermediara. Deci caile catabolice genereaza metaboliti (amino-acizi, acizi grasi-glucoza-zahar) si energii mari intermediare ce sunt cu totii folositi in anabolism. Energia compusilor fosfati si energia transferului electronilor sunt doua forme de mare energie intermediara generata de reactiile catabolice.

Potentialul de transfer al electronilor – forma de energie intermediara

O forma de energie intermediara puternica comuna in metabolism este potentialul de transfer al electronilor sau potentialul de reducere al compusilor. Potentialul de reducere este reprezentat cu E0 ; potential de transfer al electronilor este o masura a afinitatii compusilor pentru electroni. Un potential de reducere negativ inseamna o mai mica afinitate a compusului pentru electroni si acestia sunt transferati de la compusii cu afinitate mica la cei cu afinitate mai pronuntata.

Sunt mai multi termeni importanti ce vor fi frecvent folositi pentru a ne referi la transferul de electroni. Un compus organic redus sau reducator are electroni (i) liberi pentru transfer, deci poate fi considerat un agent reducator. Un agent organic oxidat sau oxidant poate accepta electroni (i), deci este un agent oxidant.

Oxidarea se refera la cedarea de electroni: Fe(2+) Fe(3+) +e- , reducerea se refera la acceptarea de electroni: Fe(3+) +e- Fe(2+).

Dupa definitie ,numai un compus redus poate fi oxidat si numai unul oxidat poate fi redus. In reactiile biologice nu exista surse sau scaderi electronice; prin urmare cand un compus este redus, altul trebuie sa fie oxidat. Reactiile ce implica transfer de electroni in perechi sunt reactii redox.

Prin definitie, reactia de reducere a 2H(+) + 2e- H2 la 1 M si 25 C are potentialul standard E = 0mV. Din acest motiv electrodul de H2 este folosit pentru a masura potentialele diferitelor celule galvanice.

Electronii pot sa circule intre cele doua celule galvanice prin intermediul puntii de sare (K,NaNO3, etc.) si daca proba A are o mai mica afinitate pentru electroni decat H2, electronii vor circula de la proba de referinta, iar un voltmetru va indica potentialul de reducere a probei A ca fiind negativ (E0<0 mV). Invers, daca proba A are o mai mare afinitate pentru electroni decat H2, e vor circula de la H2 de referinta la proba, iar in acest caz E0>0mV. Asadar un potential standard redox pozitiv inseamna o mai mare afinitate pentru electroni ce trebuie sa circule de la afinitate mica la una mare, ceea ce reprezinta o crestere a entropiei.