Reaksiya sürəti, onun müxtəlif amillərdən asılılığı. Kimyəvi reaksiyaların sürəti Kimyəvi reaksiyanın sürətinin eksperimental təyini

Kimyəvi çevrilmələrin mexanizmləri və onların sürətləri kimyəvi kinetika ilə öyrənilir. Kimyəvi proseslər zamanla müxtəlif sürətlə baş verir. Bəziləri tez, demək olar ki, dərhal baş verir, digərləri isə çox uzun zaman alır.

ilə təmasda

Sürət reaksiyası- vahid həcmdə reagentlərin sərf edilmə sürəti (onların konsentrasiyası azalır) və ya reaksiya məhsullarının əmələ gəlməsi.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinə təsir edən amillər

Aşağıdakı amillər kimyəvi reaksiyanın nə qədər tez baş verdiyinə təsir edə bilər:

• maddələrin konsentrasiyası;
• reagentlərin təbiəti;
• temperatur;
• katalizatorun olması;
• təzyiq (qaz mühitində reaksiyalar üçün).

Beləliklə, kimyəvi prosesin müəyyən şərtlərini dəyişdirərək, prosesin nə qədər sürətlə davam edəcəyinə təsir edə bilərsiniz.

Kimyəvi qarşılıqlı təsir prosesində reaksiya verən maddələrin hissəcikləri bir-biri ilə toqquşur. Belə təsadüflərin sayı reaksiya verən qarışığın həcmindəki maddələrin hissəciklərinin sayı ilə mütənasibdir və buna görə də reagentlərin molar konsentrasiyası ilə mütənasibdir.

Kütləvi hərəkət qanunu reaksiya sürətinin qarşılıqlı təsir göstərən maddələrin molyar konsentrasiyalarından asılılığını təsvir edir.

Elementar reaksiya üçün (A + B → ...) bu qanun düsturla ifadə edilir:

υ = k ∙С A ∙С B,

burada k sürət sabitidir; C A və C B A və B reagentlərinin molar konsentrasiyasıdır.

Reaksiyaya girən maddələrdən biri bərk vəziyyətdədirsə, qarşılıqlı təsir interfeysdə baş verir, buna görə də bərk maddənin konsentrasiyası kütlə hərəkətinin kinetik qanununun tənliyinə daxil edilmir. Sürət sabitinin fiziki mənasını başa düşmək üçün C, A və C B-ni 1-ə bərabər qəbul etmək lazımdır. Onda aydın olur ki, sürət sabiti reaksiyaya girən maddələrin konsentrasiyalarında birliyə bərabər olan reaksiya sürətinə bərabərdir.

Reagentlərin təbiəti

Qarşılıqlı təsir zamanı reaksiya verən maddələrin kimyəvi bağları məhv olduğundan və reaksiya məhsullarının yeni rabitələri yarandığından, birləşmələrin reaksiyasında iştirak edən bağların təbiəti və reaksiya verən maddələrin molekullarının quruluşu böyük rol oynayacaqdır. .

Reagentlərin təmas sahəsi

Bərk reagentlərin təmas səthinin sahəsi kimi bir xüsusiyyət reaksiyanın gedişatına, bəzən olduqca əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Bərk bir maddənin üyüdülməsi reagentlərin təmas səthini artırmağa və buna görə də prosesi sürətləndirməyə imkan verir. Həll olunan maddələrin təmas sahəsi maddəni həll etməklə asanlıqla artır.

Reaksiya temperaturu

Temperatur artdıqca toqquşan hissəciklərin enerjisi artacaq, temperaturun artması ilə kimyəvi prosesin özünün də sürətlənəcəyi aydındır. Temperaturun artmasının maddələrin qarşılıqlı əlaqəsi prosesinə necə təsir etdiyinin bariz nümunəsi cədvəldə verilmiş məlumatlar hesab edilə bilər.

Cədvəl 1. Temperatur dəyişikliklərinin suyun əmələ gəlmə sürətinə təsiri (O 2 +2H 2 →2H 2 O)

Temperaturun maddələrin qarşılıqlı təsir sürətinə necə təsir edə biləcəyini kəmiyyətcə təsvir etmək üçün Vant Hoff qaydasından istifadə olunur. Vant Hoffun qaydası budur ki, temperatur 10 dərəcə artdıqda 2-4 dəfə sürətlənmə baş verir.

Vant Hoff qaydasını təsvir edən riyazi düstur aşağıdakı kimidir:

Burada γ kimyəvi reaksiyanın sürətinin temperatur əmsalıdır (γ = 2−4).

Lakin Arrhenius tənliyi sürət sabitinin temperaturdan asılılığını daha dəqiq təsvir edir:

Burada R universal qaz sabiti, A reaksiya növü ilə müəyyən edilən amil, E, A aktivləşmə enerjisidir.

Aktivləşdirmə enerjisi kimyəvi çevrilmənin baş verməsi üçün molekulun əldə etməli olduğu enerjidir. Yəni, reaksiya həcmində toqquşan molekulların bağları yenidən bölüşdürmək üçün aşmalı olacağı bir növ enerji maneəsidir.

Aktivləşdirmə enerjisi xarici amillərdən asılı deyil, maddənin təbiətindən asılıdır. 40 - 50 kJ/mol-a qədər aktivləşmə enerji dəyəri maddələrin bir-biri ilə kifayət qədər aktiv şəkildə reaksiya verməsini təmin edir. Aktivləşdirmə enerjisi 120 kJ/mol-dan çox olarsa, onda maddələr (adi temperaturda) çox yavaş reaksiya verəcəkdir. Temperaturun dəyişməsi aktiv molekulların, yəni aktivləşmə enerjisindən daha böyük enerjiyə çatmış və buna görə də kimyəvi çevrilmə qabiliyyətinə malik olan molekulların sayının dəyişməsinə gətirib çıxarır.

Katalizator hərəkəti

Katalizator bir prosesi sürətləndirə bilən, lakin onun məhsullarının bir hissəsi olmayan bir maddədir. Kataliz (kimyəvi çevrilmənin sürətləndirilməsi) homojen və heterojen bölünür. Əgər reagentlər və katalizator eyni birləşmə vəziyyətindədirsə, kataliz homojen, müxtəlif vəziyyətlərdədirsə, heterojen adlanır. Katalizatorların təsir mexanizmləri müxtəlif və kifayət qədər mürəkkəbdir. Əlavə olaraq qeyd etmək lazımdır ki, katalizatorlar təsirin seçiciliyi ilə xarakterizə olunur. Yəni eyni katalizator bir reaksiyanı sürətləndirərkən digərinin sürətini dəyişməyə bilər.

Təzyiq

Transformasiyada qaz halında olan maddələr iştirak edərsə, o zaman proses sürətinə sistemdəki təzyiq dəyişiklikləri təsir edəcəkdir. . Bu ona görə baş verir qaz reagentləri üçün təzyiqin dəyişməsi konsentrasiyanın dəyişməsinə səbəb olur.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinin eksperimental təyini

Kimyəvi çevrilmənin sürəti, reaksiyaya daxil olan maddələrin və ya məhsulların konsentrasiyasının vahid vaxtda necə dəyişməsi haqqında məlumat əldə etməklə eksperimental olaraq müəyyən edilə bilər. Belə məlumatların əldə edilməsi üsulları bölünür

• kimyəvi,
• fiziki-kimyəvi.

Kimyəvi üsullar olduqca sadə, əlçatan və dəqiqdir. Onların köməyi ilə sürət, reaksiya verən maddələrin və ya məhsulların konsentrasiyasını və ya miqdarını birbaşa ölçməklə müəyyən edilir. Yavaş reaksiya halında, reagentin necə istehlak edildiyinə nəzarət etmək üçün nümunələr götürülür. Sonra nümunədə reagentin tərkibi müəyyən edilir. Mütəmadi olaraq nümunələr götürməklə, qarşılıqlı təsir prosesi zamanı maddənin miqdarının dəyişməsi haqqında məlumat əldə etmək mümkündür. Ən çox istifadə edilən analiz növləri titrimetriya və qravimetriyadır.

Əgər reaksiya sürətlə davam edərsə, nümunə götürmək üçün onu dayandırmaq lazımdır. Bu, soyutma istifadə edərək edilə bilər, katalizatorun qəfil çıxarılması, reagentlərdən birini sulandırmaq və ya qeyri-reaktiv vəziyyətə keçirmək də mümkündür.

Müasir eksperimental kinetikada fiziki-kimyəvi analiz üsulları kimyəvi olanlardan daha çox istifadə olunur. Onların köməyi ilə siz real vaxtda maddələrin konsentrasiyasında dəyişiklikləri müşahidə edə bilərsiniz. Bu halda reaksiyanı dayandırmağa və nümunələr götürməyə ehtiyac yoxdur.

Fiziki-kimyəvi üsullar sistemdəki müəyyən birləşmənin kəmiyyət tərkibindən asılı olan və zamanla dəyişən fiziki xüsusiyyətin ölçülməsinə əsaslanır. Məsələn, qazlar reaksiyada iştirak edirsə, təzyiq belə bir xüsusiyyət ola bilər. Maddələrin elektrik keçiriciliyi, sındırma əmsalı və udma spektrləri də ölçülür.

§ 12. ENZİMTİV REAKSİYALARIN KİNETİKASI

Enzimatik reaksiyaların kinetikası fermentativ reaksiyaların sürətləri və onların müxtəlif amillərdən asılılığı haqqında elmdir. Enzimatik reaksiyanın sürəti müəyyən şərtlərdə reaksiyaya girən substratın kimyəvi miqdarı və ya vahid həcmdə vahid vaxtda yaranan reaksiya məhsulu ilə müəyyən edilir:

burada v enzimatik reaksiyanın sürəti, substratın və ya reaksiya məhsulunun konsentrasiyasının dəyişməsidir, t vaxtdır.

Enzimatik reaksiyanın sürəti onun fəaliyyətini təyin edən fermentin təbiətindən asılıdır. Fermentin aktivliyi nə qədər yüksək olarsa, reaksiya sürəti bir o qədər tez olur. Fermentin aktivliyi fermentin kataliz etdiyi reaksiyanın sürəti ilə müəyyən edilir. Ferment aktivliyinin ölçüsü ferment aktivliyinin bir standart vahididir. Ferment aktivliyinin standart vahidi 1 dəqiqə ərzində 1 µmol substratın çevrilməsini kataliz edən fermentin miqdarıdır.

Enzimatik reaksiya zamanı ferment (E) substratla (S) qarşılıqlı əlaqədə olur, nəticədə ferment-substrat kompleksi əmələ gəlir, sonra ferment və reaksiya məhsulunu (P) buraxmaq üçün parçalanır:

Enzimatik reaksiyanın sürəti bir çox amillərdən asılıdır: substratın və fermentin konsentrasiyası, temperatur, ətraf mühitin pH-ı, fermentlərin aktivliyini artıra və ya azalda bilən müxtəlif tənzimləyici maddələrin olması.

Bilmək maraqlıdır! Fermentlər tibbdə müxtəlif xəstəliklərin diaqnostikasında istifadə olunur. Miokard infarktı zamanı ürək əzələsinin zədələnməsi və parçalanması nəticəsində qanda aspartat-transferaza və alaninaminotransferaza fermentlərinin tərkibi kəskin şəkildə artır. Onların fəaliyyətinin aşkarlanması bu xəstəliyə diaqnoz qoymağa imkan verir.

Substrat və ferment konsentrasiyasının fermentativ reaksiya sürətinə təsiri

Substrat konsentrasiyasının fermentativ reaksiyanın sürətinə təsirini nəzərdən keçirək (şək. 30). Substratın aşağı konsentrasiyalarında sürət onun konsentrasiyası ilə düz mütənasibdir; sonra konsentrasiya artdıqca reaksiya sürəti daha yavaş artır, substratın çox yüksək konsentrasiyalarında isə sürət praktiki olaraq konsentrasiyasından asılı deyil və maksimuma çatır. maksimum dəyər (V max). Belə substrat konsentrasiyalarında bütün ferment molekulları ferment-substrat kompleksinin bir hissəsidir və fermentin aktiv mərkəzlərinin tam doymasına nail olunur, buna görə də bu vəziyyətdə reaksiya sürəti praktiki olaraq substratın konsentrasiyasından asılı deyildir.

düyü. 30. Enzimatik reaksiyanın sürətinin substratın konsentrasiyasından asılılığı

Fermentin aktivliyinin substrat konsentrasiyasından asılılığının qrafiki öz adını kinetikanın kinetikasının öyrənilməsinə böyük töhfə vermiş görkəmli alimlər L.Mikaelis və M.Mentenin şərəfinə almış Michaelis-Menten tənliyi ilə təsvir edilmişdir. enzimatik reaksiyalar,

burada v enzimatik reaksiyanın sürətidir; [S] – substratın konsentrasiyası; K M – Michaelis sabiti.

Michaelis sabitinin fiziki mənasını nəzərdən keçirək. v = ½ V max olması şərti ilə K M = [S] alırıq. Beləliklə, Michaelis sabiti reaksiya sürətinin maksimumun yarısı olduğu substrat konsentrasiyasına bərabərdir.

Enzimatik reaksiyanın sürəti də fermentin konsentrasiyasından asılıdır (şək. 31). Bu asılılıq sadədir.

düyü. 31. Enzimatik reaksiyanın sürətinin fermentin konsentrasiyasından asılılığı

Temperaturun fermentativ reaksiya sürətinə təsiri

Enzimatik reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığı Şəkil 1-də göstərilmişdir. 32.

düyü. 32. Fermentativ reaksiyanın sürətinin temperaturdan asılılığı.

Aşağı temperaturlarda (təxminən 40 - 50 o C-ə qədər) Van't Hoff qaydasına uyğun olaraq hər 10 o C üçün temperaturun artması kimyəvi reaksiya sürətinin 2 - 4 dəfə artması ilə müşayiət olunur. 55 - 60 o C-dən çox yüksək temperaturda fermentin aktivliyi onun termal denatürasiyası səbəbindən kəskin şəkildə azalır və bunun nəticəsi olaraq fermentativ reaksiyanın sürətində kəskin azalma müşahidə olunur. Maksimum ferment aktivliyi adətən 40 - 60 o C diapazonunda müşahidə olunur. Fermentin aktivliyinin maksimum olduğu temperatura optimal temperatur deyilir. Termofil mikroorqanizmlərin fermentləri üçün optimal temperatur daha yüksək temperatur bölgəsidir.

PH-ın fermentativ reaksiya sürətinə təsiri

Enzimatik aktivliyin pH-dan asılılığı Şəkil 1-də göstərilmişdir. 33.

düyü. 33. Enzimatik reaksiyanın sürətinə pH-ın təsiri

pH qrafiki zəng şəklindədir. Ferment aktivliyinin maksimum olduğu pH dəyəri deyilir pH optimaldır ferment. Müxtəlif fermentlər üçün optimal pH dəyərləri çox dəyişir.

Enzimatik reaksiyanın pH-dan asılılığının təbiəti bu göstəricinin təsir göstərməsi ilə müəyyən edilir:

a) katalizdə iştirak edən amin turşusu qalıqlarının ionlaşması;

b) substratın ionlaşması,

c) fermentin konformasiyası və onun aktiv mərkəzi.

Fermentlərin inhibisyonu

Enzimatik reaksiyanın sürəti adlanan bir sıra kimyəvi maddələrlə azaldıla bilər inhibitorları. Bəzi inhibitorlar insanlar üçün zəhərdir, məsələn, siyanür, digərləri dərman kimi istifadə olunur.

İnhibitorları iki əsas növə bölmək olar: dönməz Və geri çevrilə bilən. Geri dönməz inhibitorlar (I) fermentin fəaliyyətinin bərpası ilə dissosiasiyası mümkün olmayan bir kompleks meydana gətirmək üçün fermentə bağlanır:

Geri dönməz inhibitorun nümunəsi diizopropil florofosfatdır (DFP). DPP sinir impulslarının ötürülməsində mühüm rol oynayan asetilkolinesteraza fermentini maneə törədir. Bu inhibitor fermentin aktiv mərkəzindəki serin ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və bununla da sonuncunun fəaliyyətini bloklayır. Nəticədə neyronların sinir hüceyrələrinin proseslərinin sinir impulslarını keçirmə qabiliyyəti pozulur. DPP ilk sinir agentlərindən biridir. Onun əsasında insanlar və heyvanlar üçün nisbətən zəhərli olmayan bir sıra məhsullar yaradılmışdır. insektisidlər - həşəratlar üçün zəhərli maddələr.

Geri dönən inhibitorlar, geri dönməz olanlardan fərqli olaraq, müəyyən şərtlər altında fermentdən asanlıqla ayrıla bilər. Sonuncunun fəaliyyəti bərpa olunur:

Geri dönən inhibitorlar daxildir rəqabətli Və rəqabətsiz inhibitorları.

Rəqabətli inhibitor, substratın struktur analoqu olmaqla, fermentin aktiv mərkəzi ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və beləliklə, substratın fermentə çıxışını bloklayır. Bu halda, inhibitor kimyəvi çevrilmələrə məruz qalmır və fermentə geri çevrilir. EI kompleksinin dissosiasiyasından sonra ferment ya substratla əlaqə saxlayaraq onu çevirə bilər, ya da inhibitor (Şəkil 34.). Həm substrat, həm də inhibitor aktiv sahədə boşluq uğrunda rəqabət apardığından, bu inhibə rəqabətli adlanır.

düyü. 34. Rəqabətli inhibitorun təsir mexanizmi.

Rəqabətli inhibitorlar tibbdə istifadə olunur. Sulfonamid preparatları əvvəllər yoluxucu xəstəliklərlə mübarizə üçün geniş istifadə olunurdu. Onlar struktur baxımından yaxındırlar para-aminobenzoy turşusu(PABA), bir çox patogen bakteriyalar üçün vacib böyümə faktoru. PABA bir neçə ferment üçün kofaktor kimi xidmət edən fol turşusunun xəbərçisidir. Sulfonamid preparatları PABA-dan fol turşusunun sintezi üçün fermentlərin rəqabətli inhibitoru kimi çıxış edir və bununla da patogen bakteriyaların böyüməsini və çoxalmasını maneə törədir.

Qeyri-rəqabətli inhibitorlar struktur olaraq substrata bənzəmir və EI əmələ gəldikdə, onlar aktiv mərkəzlə deyil, fermentin başqa yeri ilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. İnhibitorun fermentlə qarşılıqlı təsiri sonuncunun strukturunun dəyişməsinə səbəb olur. EI kompleksinin formalaşması geri çevrilir, buna görə də parçalandıqdan sonra ferment yenidən substrata hücum edə bilir (şək. 35).

düyü. 35. Rəqabətsiz inhibitorun təsir mexanizmi

Cyanide CN - rəqabət qabiliyyəti olmayan inhibitor kimi çıxış edə bilər. Protez qruplarının bir hissəsi olan metal ionlarına bağlanır və bu fermentlərin fəaliyyətini maneə törədir. Siyanidlə zəhərlənmə son dərəcə təhlükəlidir. Onlar ölümcül ola bilər.

Allosterik fermentlər

"Allosterik" termini yunanca allo - başqa, stereo - sayt sözlərindəndir. Beləliklə, allosterik fermentlərin aktiv mərkəzlə yanaşı, adlanan başqa bir mərkəzi var allosterik mərkəz(Şəkil 36). Fermentlərin aktivliyini dəyişə bilən maddələr allosterik mərkəzə bağlanır, bu maddələr deyilir allosterik effektlər. Effektorlar müsbətdir - fermenti aktivləşdirir və mənfi - inhibə edir, yəni. ferment aktivliyinin azalması. Bəzi allosterik fermentlər iki və ya daha çox effektordan təsirlənə bilər.

düyü. 36. Allosterik fermentin quruluşu.

Multiferment sistemlərinin tənzimlənməsi

Bəzi fermentlər, hər bir fermentin metabolik yolun müəyyən bir mərhələsini kataliz etdiyi multiferment sistemlərində birləşərək birləşərək fəaliyyət göstərir:

Multifermentli sistemdə bütün reaksiyalar ardıcıllığının sürətini təyin edən bir ferment var. Bu ferment adətən allosterikdir və metabolit yolunun başlanğıcında yerləşir. O, müxtəlif siqnalları qəbul edərək, katalizləşdirilmiş reaksiyanın sürətini həm artırmaq, həm də azaltmaq qabiliyyətinə malikdir və bununla da bütün prosesin sürətini tənzimləyir.

Kimyəvi reaksiyanın sürəti bir çox amillərdən, o cümlədən reaktivlərin təbiətindən, reaktivlərin konsentrasiyasından, temperaturdan və katalizatorların mövcudluğundan asılıdır. Bu amilləri nəzərdən keçirək.

1). Reaktivlərin təbiəti. İon rabitəsi olan maddələr arasında qarşılıqlı təsir varsa, reaksiya kovalent bağı olan maddələrdən daha sürətli gedir.

2.) Reaktivlərin konsentrasiyası. Kimyəvi reaksiyanın baş verməsi üçün reaksiya verən maddələrin molekulları toqquşmalıdır. Yəni molekullar bir-birinə elə yaxınlaşmalıdır ki, bir zərrəciyin atomları digərinin elektrik sahələrinin təsirini yaşasın. Yalnız bu halda elektron keçidləri və atomların müvafiq yenidən təşkili mümkün olacaq, bunun nəticəsində yeni maddələrin molekulları əmələ gəlir. Belə ki, kimyəvi reaksiyaların sürəti molekullar arasında baş verən toqquşmaların sayına, toqquşmaların sayı isə öz növbəsində reaktivlərin konsentrasiyasına mütənasibdir. Eksperimental materiallara əsaslanaraq, Norveç alimləri Quldberg və Waage və onlardan asılı olmayaraq rus alimi Beketov 1867-ci ildə kimyəvi kinetikanın əsas qanununu tərtib etdilər - kütləvi hərəkət qanunu(ZDM): sabit bir temperaturda kimyəvi reaksiyanın sürəti reaksiya verən maddələrin konsentrasiyalarının onların stokiometrik əmsallarının gücünə məhsulu ilə birbaşa mütənasibdir. Ümumi hal üçün:

Kütləvi hərəkət qanunu aşağıdakı formaya malikdir:

Verilmiş reaksiya üçün kütlələrin hərəkət qanununun qeydinə deyilir reaksiyanın əsas kinetik tənliyi. Əsas kinetik tənlikdə k reaktivlərin təbiətindən və temperaturdan asılı olan reaksiya sürətinin sabitidir.

Əksər kimyəvi reaksiyalar geri çevrilir. Belə reaksiyalar zamanı onların məhsulları toplandıqca bir-biri ilə reaksiyaya girərək başlanğıc maddələri əmələ gətirir:

İrəli reaksiya dərəcəsi:

Əlaqə sürəti:

Tarazlıq anında:

Beləliklə, tarazlıq vəziyyətində kütləvi hərəkət qanunu aşağıdakı formanı alır:

burada K reaksiya tarazlığı sabitidir.

3) Temperaturun reaksiya sürətinə təsiri. Kimyəvi reaksiyaların sürəti, bir qayda olaraq, temperaturu aşdıqda artır. Bunu hidrogenin oksigenlə qarşılıqlı təsiri nümunəsindən istifadə edərək nəzərdən keçirək.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

20 0 C-də reaksiya sürəti praktiki olaraq sıfırdır və qarşılıqlı təsirin 15% irəliləməsi üçün 54 milyard il lazımdır. 500 0 C-də suyun əmələ gəlməsi 50 dəqiqə çəkəcək və 700 0 C-də reaksiya dərhal baş verir.

Reaksiya sürətinin temperaturdan asılılığı ifadə edilir Vannt Hoff qaydası: temperaturun 10 o artması ilə reaksiya sürəti 2-4 dəfə artır. Van't Hoff qaydası yazılır:

4) Katalizatorların təsiri. Kimyəvi reaksiyaların sürəti istifadə edərək idarə edilə bilər katalizatorlar– reaksiyanın sürətini dəyişən və reaksiyadan sonra dəyişməz miqdarda qalan maddələr. Katalizatorun iştirakı ilə reaksiyanın sürətinin dəyişdirilməsinə kataliz deyilir. fərqləndirmək müsbət(reaksiya sürəti artır) və mənfi(reaksiya sürəti azalır) kataliz. Bəzən reaksiya zamanı katalizator əmələ gəlir, belə proseslərə avtokatalitik deyilir. Homojen və heterojen kataliz var.

At homojen Katalizdə katalizator və reaktivlər eyni fazadadır. Misal üçün:

At heterojen Katalizdə katalizator və reaktivlər müxtəlif fazalarda olurlar. Misal üçün:

Heterojen kataliz fermentativ proseslərlə əlaqələndirilir. Canlı orqanizmlərdə baş verən bütün kimyəvi proseslər müəyyən xüsusi funksiyaları olan zülallar olan fermentlər tərəfindən kataliz edilir. Enzimatik proseslərin baş verdiyi məhlullarda, aydın şəkildə müəyyən edilmiş faza interfeysinin olmaması səbəbindən tipik heterojen mühit yoxdur. Belə proseslərə mikroheterogen kataliz deyilir.

Sual 1. Hansı maddələr katalizator adlanır?

Kimyəvi reaksiyanın sürətini dəyişən və sonunda dəyişməz qalan maddələrə katalizatorlar deyilir.

Sual 2. Fermentlər hüceyrədə hansı rolu oynayır?

Fermentlər canlı hüceyrədə kimyəvi reaksiyaları sürətləndirən bioloji katalizatorlardır. Bəzi fermentlərin molekulları yalnız zülallardan ibarətdir, digərlərinə zülal və qeyri-zülal təbiətli birləşmə (üzvi - koenzim və ya qeyri-üzvi - müxtəlif metalların ionları) daxildir. Fermentlər ciddi şəkildə spesifikdir: hər bir ferment müəyyən növ substrat molekullarını əhatə edən xüsusi bir reaksiya növünü kataliz edir.

Sual 3. Enzimatik reaksiyaların sürəti hansı amillərdən asılı ola bilər?

Enzimatik reaksiyaların sürəti əsasən fermentin konsentrasiyasından, maddənin təbiətindən, temperaturdan, təzyiqdən, mühitin reaksiyasından (turşu və ya qələvi) asılıdır.

Bir çox fermentlər üçün, müəyyən şərtlərdə, məsələn, müəyyən maddələrin molekullarının iştirakı ilə, aktiv mərkəzin konfiqurasiyası dəyişir, bu da onlara ən böyük fermentativ fəaliyyəti təmin etməyə imkan verir.

Sual 4. Niyə əksər fermentlər yüksək temperaturda katalitik xüsusiyyətlərini itirirlər?

Yüksək ətraf mühit temperaturu, bir qayda olaraq, zülalın denatürasiyasına, yəni təbii quruluşunun pozulmasına səbəb olur. Buna görə də yüksək temperaturda əksər fermentlər katalitik xüsusiyyətlərini itirirlər.

Sual 5. Nə üçün vitamin çatışmazlığı orqanizmin həyati proseslərinin pozulmasına səbəb ola bilər?

Bir çox vitamin fermentlərin bir hissəsidir. Buna görə bədəndə vitamin çatışmazlığı hüceyrələrdə ferment fəaliyyətinin zəifləməsinə gətirib çıxarır və buna görə də həyati proseslərin pozulmasına səbəb ola bilər.

1.8. Bioloji katalizatorlar

Bu səhifədə axtarıldı:

• fermentlər hüceyrədə hansı rol oynayır?
• hansı maddələr katalizator adlanır
• niyə əksər fermentlər yüksək temperaturdadır
• fermentativ reaksiyaların sürəti hansı amillərdən asılı ola bilər?
• Niyə əksər fermentlər yüksək temperaturda itirirlər?

Vahid Dövlət İmtahanı kodifikatorunun mövzuları:Sürət reaksiyası. Onun müxtəlif amillərdən asılılığı.

Kimyəvi reaksiyanın sürəti müəyyən bir reaksiyanın nə qədər tez baş verdiyini göstərir. Qarşılıqlı təsir hissəciklər kosmosda toqquşduqda baş verir. Bu halda reaksiya hər toqquşmada deyil, yalnız hissəcik müvafiq enerjiyə malik olduqda baş verir.

Sürət reaksiyası – zaman vahidi başına kimyəvi çevrilmə ilə bitən qarşılıqlı təsir edən hissəciklərin elementar toqquşmalarının sayı.

Kimyəvi reaksiyanın sürətinin müəyyən edilməsi onun aparıldığı şəraitlə bağlıdır. Əgər reaksiya homojen– yəni. məhsullar və reagentlər eyni fazadadır - onda kimyəvi reaksiyanın sürəti zaman vahidində maddənin dəyişməsi kimi müəyyən edilir:

υ = ΔC / Δt.

Əgər reaktivlər və ya məhsullar müxtəlif fazalardadırsa və hissəciklərin toqquşması yalnız faza sərhəddində baş verirsə, reaksiya deyilir. heterojen, və onun sürəti reaksiya səthinin vahidinə düşən maddə miqdarının dəyişməsi ilə müəyyən edilir:

υ = Δν / (S·Δt).

Hissəciklərin daha tez-tez toqquşmasını necə etmək olar, yəni. Necə kimyəvi reaksiyanın sürətini artırmaq?

1. Ən asan yol artırmaqdır temperatur . Yəqin ki, fizika kursunuzdan bildiyiniz kimi, temperatur bir maddənin hissəciklərinin hərəkətinin orta kinetik enerjisinin ölçüsüdür. Temperaturu artırsaq, hər hansı bir maddənin hissəcikləri daha sürətli hərəkət etməyə başlayır və buna görə də daha tez-tez toqquşur.

Lakin temperatur artdıqca kimyəvi reaksiyaların sürəti əsasən effektiv toqquşmaların sayının artması səbəbindən artır. Temperatur yüksəldikcə reaksiyanın enerji baryerini aşa bilən aktiv hissəciklərin sayı kəskin şəkildə artır. Temperaturu aşağı salsaq, hissəciklər daha yavaş hərəkət etməyə başlayır, aktiv hissəciklərin sayı azalır və saniyədə təsirli toqquşmaların sayı azalır. Beləliklə, Temperatur artdıqda kimyəvi reaksiyanın sürəti artır, temperatur azaldıqda isə azalır..

Qeyd! Bu qayda bütün kimyəvi reaksiyalar (ekzotermik və endotermik daxil olmaqla) üçün eyni işləyir. Reaksiya sürəti istilik effektindən asılı deyil. Ekzotermik reaksiyaların sürəti temperaturun artması ilə artır və temperaturun azalması ilə azalır. Endotermik reaksiyaların sürəti də temperaturun artması ilə artır və temperaturun azalması ilə azalır.

Üstəlik, hələ 19-cu əsrdə holland fizik Van't Hoff eksperimental olaraq müəyyən etmişdir ki, temperatur 10 o C artdıqda reaksiyaların əksəriyyəti təxminən bərabər şəkildə (təxminən 2-4 dəfə) sürətini artırır. Vant Hoffun qaydası belə səslənir: temperaturun 10 o C artması kimyəvi reaksiyanın sürətinin 2-4 dəfə artmasına səbəb olur (bu qiymət kimyəvi reaksiya sürətinin temperatur əmsalı adlanır γ). Hər bir reaksiya üçün temperatur əmsalının dəqiq qiyməti müəyyən edilir.

burada v kimyəvi reaksiyanın sürətidir,

C A Və C B — müvafiq olaraq A və B maddələrinin konsentrasiyası, mol/l

k – mütənasiblik əmsalı, reaksiya sürəti sabiti.

Misal üçün, ammonyak əmələ gəlməsi reaksiyası üçün:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Kütləvi hərəkət qanunu belə görünür:

- bunlar kimyəvi reaksiyada iştirak edən, sürətini və istiqamətini dəyişən kimyəvi maddələrdir, lakin qeyri-istehlak reaksiya zamanı (reaksiya sonunda onlar nə kəmiyyət, nə də tərkibcə dəyişmir). A + B tipli reaksiya üçün katalizatorun təxmini işləmə mexanizmi aşağıdakı kimi seçilə bilər:

A+K=AK

AK + B = AB + K

Katalizatorla qarşılıqlı əlaqədə olduqda reaksiya sürətinin dəyişdirilməsi prosesi deyilir kataliz. Katalizatorlar sənayedə reaksiyanın sürətini artırmaq və ya onu müəyyən bir yola yönəltmək lazım olduqda geniş istifadə olunur.

Katalizatorun faza vəziyyətinə əsasən homojen və heterogen kataliz fərqləndirilir.

Homojen kataliz – bu, reaktivlərin və katalizatorun eyni fazada (qaz, məhlul) olmasıdır. Tipik homojen katalizatorlar turşular və əsaslardır. üzvi aminlər və s.

Heterojen kataliz - bu, reaktivlərin və katalizatorun müxtəlif fazalarda olmasıdır. Bir qayda olaraq, heterojen katalizatorlar bərk maddələrdir. Çünki belə katalizatorlarda qarşılıqlı təsir yalnız maddənin səthində baş verir; katalizatorlar üçün vacib tələb böyük səth sahəsidir. Heterojen katalizatorlar katalizatorun səthini artıran yüksək məsaməlilik ilə xarakterizə olunur. Beləliklə, bəzi katalizatorların ümumi səthi bəzən 1 q katalizator üçün 500 kvadrat metrə çatır. Böyük sahə və məsaməlilik reagentlərlə effektiv qarşılıqlı əlaqəni təmin edir. Heterogen katalizatorlara metallar, seolitlər - alüminosilikat qrupunun kristal mineralları (silikon və alüminium birləşmələri) və başqaları daxildir.

Misal heterojen kataliz - ammonyak sintezi:

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3

Al 2 O 3 və K 2 O çirkləri olan məsaməli dəmir katalizator kimi istifadə olunur.

Kimyəvi reaksiya zamanı katalizatorun özü istehlak edilmir, lakin katalizatorun səthində başqa maddələr toplanır, katalizatorun aktiv mərkəzlərini bağlayır və onun işini maneə törədir ( katalitik zəhərlər). Katalizatorun bərpası ilə onlar müntəzəm olaraq çıxarılmalıdır.

Biokimyəvi reaksiyalarda katalizatorlar çox təsirli olur - fermentlər. Enzimatik katalizatorlar 100% seçiciliklə yüksək effektiv və seçici fəaliyyət göstərirlər. Təəssüf ki, fermentlər artan temperatura, ətraf mühitin turşuluğuna və digər amillərə çox həssasdırlar, buna görə də sənaye miqyasında fermentativ kataliz ilə proseslərin həyata keçirilməsi üçün bir sıra məhdudiyyətlər var.

Katalizatorları qarışdırmaq olmaz təşəbbüskarlar proses və inhibitorları. Misal üçün, ultrabənövşəyi şüalanma metan xlorlamasının radikal reaksiyasına başlamaq üçün lazımdır. Bu katalizator deyil. Bəzi radikal reaksiyalar peroksid radikalları tərəfindən başlanır. Bunlar da katalizator deyil.

İnhibitorlar- Bunlar kimyəvi reaksiyanı ləngidən maddələrdir. İnhibitorlar istehlak edilə bilər və kimyəvi reaksiyada iştirak edə bilər. Bu halda inhibitorlar katalizator deyil, əksinə. Əks kataliz prinsipcə mümkün deyil - reaksiya istənilən halda ən sürətli yolu izləməyə çalışacaq.

5. Reaksiyaya girən maddələrin təmas sahəsi. Heterojen reaksiyalar üçün effektiv toqquşmaların sayını artırmağın bir yolu artırmaqdır reaksiya səthinin sahəsi . Reaksiya edən fazaların təmas səthinin sahəsi nə qədər böyükdürsə, heterojen kimyəvi reaksiyanın sürəti bir o qədər yüksəkdir. Toz sink turşuda eyni kütləli dənəvər sinkdən daha sürətli həll olunur.

Sənayedə reaksiya verən maddələrin təmas səthinin sahəsini artırmaq üçün istifadə edirlər mayeləşdirilmiş yataq üsulu. Misal üçün, qaynayan eşşək üsulu ilə sulfat turşusu istehsalında piritlər yandırılır.

6. Reaktivlərin təbiəti . Kimyəvi reaksiyaların sürəti, digər şeylər bərabərdir, kimyəvi xüsusiyyətlərdən də təsirlənir, yəni. reaksiya verən maddələrin təbiəti. Daha az aktiv maddələr daha yüksək aktivləşdirmə maneəsinə sahib olacaq və daha çox aktiv maddələrə nisbətən daha yavaş reaksiya verəcəkdir. Daha aktiv maddələr daha az aktivləşmə enerjisinə malikdir və kimyəvi reaksiyalara daha asan və tez-tez daxil olur.

Aşağı aktivləşmə enerjilərində (40 kJ/mol-dan az) reaksiya çox tez və asanlıqla baş verir. Hissəciklər arasındakı toqquşmaların əhəmiyyətli bir hissəsi kimyəvi çevrilmə ilə başa çatır. Məsələn, normal şəraitdə ion mübadiləsi reaksiyaları çox tez baş verir.

Yüksək aktivləşmə enerjilərində (120 kJ/mol-dan çox) yalnız az sayda toqquşma kimyəvi çevrilmə ilə nəticələnir. Belə reaksiyaların sürəti əhəmiyyətsizdir. Məsələn, azot normal şəraitdə oksigenlə praktiki olaraq qarşılıqlı təsir göstərmir.

Orta aktivləşmə enerjilərində (40-120 kJ/mol) reaksiya sürəti orta olacaq. Bu cür reaksiyalar normal şəraitdə də baş verir, lakin çox tez deyil ki, adi gözlə müşahidə olunsun. Belə reaksiyalara natriumun su ilə qarşılıqlı təsiri, dəmirin xlorid turşusu ilə qarşılıqlı təsiri və s.

Normal şəraitdə sabit olan maddələr adətən yüksək aktivləşmə enerjilərinə malikdirlər.