氧化,说白了就是电子搬家,只不过搬家的方式有点特殊。

那会儿人认定红细胞里那个“铁哥们”叫铁,目前才知道那是含铁的血红蛋白,但严格来说它是个含氧的铁的化合物。

实际上人类骨子里搞搞氧化还原,日子都过得比啥都难受了。 你早上刷牙,牙酸的酸味实际上是蔗糖和牙釉质里的钙离子形成了反应,形成了蔗糖酸。

那口挺酸的感觉,本质上是糖的氧化醛基被牙咬断,又慢慢还原了。再往深了想,连你吃火锅蘸料,那碟醋里的高铁离子,本质上也是碳被氧化掉了一丢丢,变成了醋酸分子。

这酸,实际上是碳被氧化的副产品,你尝到的酸,胃里吃掉的糖和铁离子,都是氧化反应留下的余味。 说到氧化物,你猜如何着,空气里包围着你的氧气,那氧气本身就是一个氧化物。空气里那氧气分子没别的意思,就是氧原子两两配对抱团。你吸一口,空气里的氧气分子被肺泡里的血红蛋白接住,启动和细胞里的铁离子玩起了游戏。

这个氧原子,原本归于空气中的氧气,目前它辞了职,跟细胞里的铁离子结了婚,变成了血红蛋白里的那个二价铁。

这时候,空气中的氧气被“吸”进去了,细胞里的铁离子被“氧化”了(要么说,铁离子被还原了,出于它是从三价变二价)。

这俩一换,血红蛋白就红了,人就有了劲儿。 再细数数,地球表面那一层薄薄的岩石,那也是氧化物。岩层里那些硅、铝、铁、钙、镁这些元素,最终都聚成了二氧化硅、氧化铝、氧化铁这些化合物。你走在路上,脚下踩的泥土,实际上是氧化铁和氧化铝的混合物。

这些氧化物,构成了我们脚下的大地,也构成了我们呼吸的空气。

你想想,空气里的氧气,不过是地球表面那氧化铁和氧化铝的一局部“分身”,它们在空中聚着,在岩石里聚着,在植物叶片上聚着,最终都变成了你呼出的二氧化碳,要么是你身上穿的衣物。 讲点具体的数据,看看氧化反应到底是个啥节奏。

比如燃烧木头,那是一整套氧化大戏。木头里的碳原子,跟氧气形成反应,碳被氧化,变成了二氧化碳。

这个过程里,木头的化学式变了,从复杂的有机物变成了好办的 CO2。实验数据显示,1 克木头的彻底燃烧,能释放出大约 24 千焦耳的能量。

这能量,就是碳原子把氧原子夺走之后,剩下的那个高能电子团队释放的。

要是彻底氧化,那 1 克木头大约能变成 1300 克二氧化碳,释放 29 千焦耳能量。

这数据听着咋听都吓人,但实际上就是碳原子被氧化的终点站。 再说说日常生活中的例子,比如那根烧红的铁条。你手里拿着一根刚烧过的铁,那铁条表面乌黑发亮的局部,实际上就是氧化铁。

氧化铁是如何来的?铁原子跟空气中的氧气反应,铁被氧化,变成了三价铁离子,就形成了氧化铁。

这反应速度挺快,几秒钟就烧红了。

要是你把烧红的铁条扔进水里,那水是它最终的“裁判”。水里的氧气跟铁反应,铁持续氧化,生成的氧化铁膜把铁皮包住,保护里面的铁原子不再持续被氧化了。

这时候,铁原子彻底搞定了氧化过程,变成了稳定的三价铁,不能再变高了。 再举个生活中的化学小实验。把小苏打(碳酸氢钠)放在水里放待会儿,跟醋反应,产来气泡。

实际上醋里就是乙酸,它跟小苏打里的碳酸氢根形成反应,最终产物里也有二氧化碳,这是碳原子被氧化的现象。

要是把醋里的乙酸彻底氧化,那乙酸会变成二氧化碳和水。

这过程就是乙酸中的碳原子把氧原子抢走了。 还有一些更冷门的例子,比如锂电池里的氧化。你手机充电的时候,锂电池里的锂离子被“氧化”了,变成了锂离子的氧化物要么正氧化物,然后才能跑到正极材料里去放电。

这时候,锂离子丧失了电子,被氧化了。

这电子的流失,就是氧化电化学反应的核心。

没有氧化,就没有电池,就没有手机,你目前还能拿着手机上网。 再想想食物,比如你早上吃的那碗燕麦粥。里面的燕麦,实际上也是碳被氧化的结局。植物生长时,阳光把二氧化碳和水里的氢离子抢走,自己留下了能量,最终形成了含碳化合物。

这些碳化合物,再经过消化,变成人体能吸收的葡萄糖。葡萄糖里的碳原子,被氧化,变成了二氧化碳,通过呼吸排出体外。

这就是碳原子最终的归宿。 这就把氧化还原玩明白了。氧化就是原子丧失电子,变成正离子,要么变成更高价态的阳离子。还原就是原子拿到电子,变成负离子,要么变成更低价态的阳离子。

像这种互相换电子的过程,叫做氧化还原反应。在生物界,红细胞里的血红蛋白是个典型的例子,铁离子在氧气里变了价态。在电池里,锂离子被氧化脱落。在呼吸里,碳原子被氧化排出。

氧化还原,就是生命和能量流动最底层的语言。 氧气,那个大家都熟悉的元素,实际上是个单质的氧化物。它跟碳、铁、铝、钙这些元素都能形成氧化物,就连跟氢、氮、硫这些元素也能反应。自然界里到处都藏着这些氧化物,从地壳的岩石到大气层的空气,再到生物体内的细胞。它们别看形态各异,有的像玻璃样的二氧化硅,有的像黑色的氧化铁,有的像红色的氧化铁,但核心都是氧原子和另一种金属或非金属元素结合。

这就是氧化物的家族,它们构成了我们这个世界的基础骨架。