Vývoj kyslíku - Oxygen evolution

Kyslík vývoj je proces generování molekul kyslík (Ó2) a chemická reakce, obvykle z vody. Vývoj kyslíku z voda je ovlivňován kyslíkem fotosyntéza, elektrolýza vody a tepelný rozklad různých oxidů. Biologický proces podporuje aerobní život. Když je průmyslově vyžadován relativně čistý kyslík, je izolován destilací zkapalněného vzduchu.[1]

Evoluce kyslíku v přírodě

Hlavní článek: Komplex vyvíjející se kyslík

Fotosyntetický vývoj kyslíku je základní proces, při kterém se kyslík generuje v Zemi biosféra. Reakce je součástí reakce závislé na světle fotosyntézy v sinice a chloroplasty z zelené řasy a rostliny. Využívá energii světlo rozdělit molekulu vody na její protony a elektrony pro fotosyntézu. Volný kyslík, generovaný jako vedlejší produkt této reakce, se uvolňuje do atmosféra.[2]

Oxidace vody je katalyzována a mangan -obsahující kofaktor obsaženo v fotosystém II známý jako komplex vyvíjející kyslík (OEC) nebo komplex štěpící vodu. Mangan je důležitý kofaktor, a vápník a chlorid jsou také potřebné pro reakci.[3] Stechiometrie této reakce následuje:

2H2O ⟶ 4e− + 4H+ + O.2

Protony se uvolňují do tylakoidní lumen, čímž přispívá ke generování protonového gradientu přes tylakoidní membránu. Tento protonový gradient je hnací silou ATP syntéza prostřednictvím fotofosforylace a spojení absorpce světelné energie a oxidace vody s tvorbou chemické energie během fotosyntézy.[4]

Historie objevů

To nebylo až do konce 18. století Joseph Priestley náhodou objevena schopnost rostlin „obnovit“ vzduch, který byl „zraněn“ spálením svíčky. V návaznosti na experiment ukázal, že vzduch „obnovil“ vegetace byl „vůbec nevhodné pro a myš." Později byl oceněn medailí za své objevy, které: „... marně neroste žádná zelenina ... ale čistí a čistí naši atmosféru.“ Na Priestleyho experimenty navázaly Jan Ingenhousz, nizozemský lékař, který ukázal, že „obnova“ vzduchu fungovala pouze v přítomnosti světlých a zelených částí rostlin.[3]

Ingenhousz navrhl v roce 1796, že CO2 (oxid uhličitý ) se během fotosyntézy štěpí, aby se uvolnil kyslík, zatímco uhlík v kombinaci s vodou za vzniku sacharidy. I když byla tato hypotéza atraktivní a přiměřená, a proto byla široce přijímána po dlouhou dobu, později se ukázalo, že je nesprávná. Absolvent C. B. Van Niel v Stanfordská Univerzita zjistil, že fialové bakterie síry snížit uhlík na sacharidy, ale hromadit se síra místo uvolňování kyslíku. Odvážně navrhl, že analogicky k tomu, že bakterie síry tvoří elementární síru z H2S (sirovodík ), rostliny by tvořily kyslík z H2O (voda). V roce 1937 byla tato hypotéza potvrzena objevem, že rostliny jsou schopné produkovat kyslík v nepřítomnosti CO2. Tento objev učinil Robin Hill a následně uvolňování kyslíku řízené světlem v nepřítomnosti CO2 byl nazýván Hill reakce. Naše současné znalosti mechanismu vývoje kyslíku během fotosyntézy byly dále prokázány při sledování experimentů izotopy kyslíku z vody na plynný kyslík.[3]

Elektrolýza vody

Dohromady s vodík (H2), kyslík se vyvíjí elektrolýza vody.

Diagram ukazující celkový chemická rovnice.

Elektrony (např−) se přenášejí z katody na protony za vzniku plynného vodíku. The poloviční reakce, vyvážený kyselinou, je:

2 H+ + 2e− → H2

Na kladně nabité anodě, an oxidace dojde k reakci, generování plynného kyslíku a uvolnění elektronů do anody k dokončení obvodu:

2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e−

Kombinace obou polovin reakčního páru poskytuje stejný celkový rozklad vody na kyslík a vodík:

Celková reakce:
2 H2O → 2 H2 + O.2

Chemická tvorba kyslíku

Chemické generátory kyslíku se skládají z chemických sloučenin, které uvolňují O2 na nějakou stimulaci, obvykle teplo. Používají se v ponorkách a komerčních letadlech a poskytují nouzový kyslík. Kyslík se vytváří vysokoteplotním rozkladem chlorečnanu sodného:[1]

2 NaClO3 → 2 NaCl + 3 O2

Manganistan draselný také uvolňuje kyslík při zahřívání, ale výtěžek je skromný.

2 KMnO4 → MnO2 + K.2MnO4 + O.2

Viz také

Reference

  1. ^ A b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8.
  2. ^ Yano, Junko; Kern, Jan; Yachandra, Vittal K .; Nilsson, Håkan; Koroidov, Sergey; Messinger, Johannes (2015). "Kapitola 2 Světlo závislá produkce dioxygenu ve fotosyntéze". V Peter M.H. Kroneck a Martha E. Sosa Torres (ed.). Udržení života na planetě Zemi: Metalloenzymy zvládající dioxygen a další žvýkací plyny. Kovové ionty v biologických vědách. 15. Springer. s. 13–43. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_2.
  3. ^ A b C Raven, Peter H .; Ray F. Evert; Susan E. Eichhorn (2005). Biology of Plants, 7. vydání. New York: W.H. Freeman and Company Publishers. str. 115–127. ISBN  0-7167-1007-2.
  4. ^ Raval M, Biswal B, Biswal U (2005). „Tajemství vývoje kyslíku: analýza struktury a funkce fotosystému II, voda-plastochinon oxido-reduktázy“. Fotosyntetický výzkum. 85 (3): 267–93. doi:10.1007 / s11120-005-8163-4. PMID  16170631.

externí odkazy