深入了解氧化还原反应及其在自然界和日常生活中的重要性

摘要：它在生活环境中随处可见，是维持生命不可缺少的。氧化还原反应是最重要的化学反应。在任何此类化学反应中，某种物质被还原，即另一种物质被氧化。环顾我们生存的环境，从整个地球生命现象的维持，到日常生活中最微小的细节，我们都能看到这种最基本的化学反应的痕迹。正文：自然界的碳循环 在天然物质的循环现象中，碳元素的循环范围是最广的。关于循环，我们可以借鉴“CO2出O2出”或“CO2进O2出”的步骤，这两个步骤都涉及氧化还原反应。前者，氧利用零价氧化态作为氧化剂，氧化一些含碳化合物；后者中，氧从二氧化碳中的负二价氧化态氧化成零价态，同时产生还原态。含磷化合物。两者的配合构成了整个生物圈的大循环。在碳循环过程中，大气中或溶解在水中的二氧化碳通过光合作用转化为植物或浮游生物中的还原碳化合物，并释放出氧气。陆地或海洋中的动物将这些碳化合物作为食物摄入；在生物呼吸或生物残骸分解过程中，消耗氧气产生二氧化碳并释放能量。至于在深海中，二氧化碳溶解在水中产生碳酸根离子CO32-，它与钙离子Ca2 结合，以碳酸钙沉淀的形式积聚在海底。此外，一些生物遗骸也可以在缺氧状态下逐渐沉积，最终转化为煤或石油的沉积层。二氧化碳被人类开采并在空气中燃烧利用后，得到再生。

在碳循环中，光合作用和呼吸作用是两个最重要的氧化还原反应，这恰恰说明了氧化还原过程与我们的生存有多么密切的关系。在光合作用过程中，陆地或海洋中的植物吸收阳光能量，并将二氧化碳和水转化为细胞生命所需的碳水化合物和氧气——呼吸氧气的主要来源。光合作用可以用以下通式表示：光 6CO2 6H2O→ 6O2。所谓呼吸作用，就是动植物体内消耗氧气和碳水化合物产生能量以及二氧化碳和水的反应。公式如下： 6O2→人体内6CO2 6H2O 能量的呼吸还包括肺叶中氧气和二氧化碳的交换。细胞内食物营养素（葡萄糖）氧化产生的能量用于促进身体的各种功能。可见，光合作用和呼吸作用是两个相反的反应：阳光的能量可以通过光合作用储存在葡萄糖中；必要时，葡萄糖通过呼吸作用被氧化并释放能量供生物利用。由于CO2中的碳为正4价，而葡萄糖中的碳为零价，可见具有正氧化态的元素往往可以利用其零价态来储存能量。当它们重新氧化到原来的正氧化态时，就可以释放出能量。换句话说，还原态的物质大多富含能量。除了碳循环之外，自然界中的氮循环也是生命现象不可缺少的一部分，因为氨基酸和蛋白质也是维持生命活动的元素。

在氮循环过程中，大气中所含的氮可以通过空气中的闪电与氧结合，形成氮氧化物，然后逐渐还原为氨；或者氮可以通过固氮生物的作用直接产生氨并添加到土壤中。氨可以通过生物体内酶的催化进入细胞蛋白质，成为有机含氮化合物。但由于氨在自然界中毒性太大，氮常以NO3-的形式储存在土壤中，进入生物体后被还原为氨和氨基。此外，许多细菌作用于氮转化过程的中间产物，将其还原产生氮气，然后将其释放回大气中（所谓的反硝化作用），从而完成整个循环。自然界中各种形式的含氮化合物必须还原为氨才能被生物组织吸收。因此，氨在氮循环中起着非常重要的作用，固氮生物体内的化学反应已成为重要的研究课题。化石燃料的氧化 家庭、工厂、商业和运输中使用的大部分能源来自煤炭或石油等化石燃料的氧气。