산소 진화

Oxygen evolution

산소 진화는 보통 물로부터 화학 반응에 의해 분자 산소를 생성하는2 과정이다.물로부터의 산소 진화는 산소 광합성, 물의 전기 분해, 그리고 다양한 산화물의 열 분해에 의해 영향을 받는다.생물학적 과정은 유산소 생활을 지원한다.산업적으로 비교적 순수한 산소가 필요한 경우에는 액화공기의 [1]증류에 의해 분리된다.

자연에서의 산소 진화

주요 기사:산소진화복합체

광합성 산소 진화는 지구의 생물권에서 산소가 생성되는 근본적인 과정이다.이 반응은 시아노박테리아와 녹조 및 식물의 엽록체 광합성의 광의존적 반응의 일부이다.그것은 광합성을 위해 물 분자를 양자와 전자로 나누기 위해 빛의 에너지를 이용한다.이 반응의 부산물로 생성된 유리 산소는 [2]대기로 방출됩니다.

물의 산화는 산소진화복합체(OEC) 또는 물분할복합체로 알려진 광계 II에 포함된 망간함유 보조인자에 의해 촉매된다.망간은 중요한 보조 인자로 칼슘과 염화물 또한 반응을 [3]일으키기 위해 필요합니다.이 반응이 따르는 화학량학은 다음과 같다.

2HO2 4 4e− + 4H+ + O2

양성자는 틸라코이드 내강으로 방출되어 틸라코이드 막을 가로지르는 양성자 구배 생성에 기여합니다.이 양성자 구배는 광인산화를 통해 ATP 합성의 원동력이며 광합성 [4]중 빛 에너지의 흡수와 물의 산화를 화학 에너지의 생성과 결합시킨다.

발견 이력

18세기 말이 되어서야 조셉 프리스틀리는 우연히 초가 타면서 "상처받은" 공기를 회복시키는 식물들의 능력을 발견했다.그는 식물에 의해 "회복된" 공기가 "쥐에게 전혀 불편하지 않다"는 것을 보여주면서 실험을 계속했다.그는 나중에 다음과 같은 발견으로 훈장을 받았다: "...아무것도 헛되이 자라지 않는다... 하지만 우리의 대기를 정화시키고 정화시킨다." 프리스틀리의 실험은 네덜란드의 의사 얀 잉겐호우즈가 뒤따랐다. 그는 공기의 "복원"은 빛과 녹색 식물 부분에서만 [3]효과가 있다는 것을 보여주었다.

Ingenhousz는 1796년에 광합성 중에 이산화탄소가 분해되어 산소를 방출하는 반면, 탄소는 물과 결합하여 탄수화물을 형성한다고 제안했다2.이 가설은 매력적이고 합리적이어서 오랫동안 널리 받아들여졌지만, 나중에 틀린 것으로 판명되었다.대학원생 C.B. 스탠포드 대학의 반 니엘은 보라색 유황 박테리아가 탄소를 탄수화물로 감소시키지만 산소를 방출하는 대신 유황을 축적한다는 것을 발견했다.그는 황세균이 HS(황화수소)로부터2 원소 황을 형성하는 것과 유사하게 식물은 HO(물)로부터2 산소를 형성할 것이라고 대담하게 제안했다.1937년, 이 가설은 식물들이 이산화탄소가2 없을 때 산소를 생산할 수 있다는 것을 발견함으로써 입증되었다.이 발견은 로빈 힐에 의해 이루어졌고, 이후 CO가 없을2 때 빛을 통해 산소가 방출되는 것을 힐 반응이라고 불렀습니다.광합성 중 산소 진화의 메커니즘에 대한 우리의 현재 지식은 물에서 산소 [3]가스로의 산소 동위원소를 추적하는 실험에서 더욱 확고해졌다.

수전해

산소는 수소(H2)와 함께 물의 전기분해로 발생한다.

전체적인 화학 방정식을 나타내는 도표.

전자 e는− 음극에서 양성자로 전달되어 수소가스를 형성한다.산과 균형을 이룬 반반응은 다음과 같습니다.

2+ H + 2e− → H2

양극에서 산화 반응이 일어나 산소 가스가 생성되고 양극으로 전자를 방출하여 회로를 완성합니다.

22 HO → O2 + 4+ H + 4 e−

어느 한쪽의 반반응쌍을 조합하면 물은 산소와 수소로 전체적으로 동일하게 분해된다.

전체적인 반응:
22 HO → 22 H + O2

화학적 산소 생성

화학적 산소 발생기는 어떤 자극(대개 열)에 의해 O를 방출하는2 화학 화합물로 구성됩니다.그것들은 비상용 산소를 공급하기 위해 잠수함과 상업용 항공기에 사용된다.산소는 [1]염소산나트륨의 고온 분해에 의해 생성됩니다.

23 NaClO → 2 NaCl + 3 O2

과망간산칼륨은 가열 시 산소를 방출하기도 하지만 수율은 낮습니다.

2 KMnO4 → MnO2 + KMnO24 + O2

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  2. ^ Yano, Junko; Kern, Jan; Yachandra, Vittal K.; Nilsson, Håkan; Koroidov, Sergey; Messinger, Johannes (2015). "Chapter 2 Light-Dependent Production of Dioxygen in Photosynthesis". In Peter M.H. Kroneck and Martha E. Sosa Torres (ed.). Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences. Vol. 15. Springer. pp. 13–43. doi:10.1007/978-3-319-12415-5_2. PMC 4688042. PMID 25707465.
  3. ^ a b c Raven, Peter H.; Ray F. Evert; Susan E. Eichhorn (2005). Biology of Plants, 7th Edition. New York: W.H. Freeman and Company Publishers. pp. 115–127. ISBN 0-7167-1007-2.
  4. ^ Raval M, Biswal B, Biswal U (2005). "The mystery of oxygen evolution: analysis of structure and function of photosystem II, the water-plastoquinone oxido-reductase". Photosynthesis Research. 85 (3): 267–93. doi:10.1007/s11120-005-8163-4. PMID 16170631. S2CID 12893308.

외부 링크