Химиялық өзгеру механизмдері мен олардың жылдамдықтары химиялық кинетикамен зерттеледі. Химиялық процестер уақыт бойынша әртүрлі жылдамдықпен жүреді. Кейбіреулер тез, бірден дерлік болады, ал басқалары өте ұзақ уақытты алады.
Байланыста
Жылдамдық реакциясы- көлем бірлігіне реагенттер жұмсалу жылдамдығы (олардың концентрациясы төмендейді) немесе реакция өнімдері түзіледі.
Химиялық реакцияның жылдамдығына әсер ететін факторлар
Келесі факторлар химиялық әрекеттесу қаншалықты жылдам болатынына әсер етуі мүмкін:
- заттардың концентрациясы;
- реагенттердің табиғаты;
- температура;
- катализатордың болуы;
- қысым (газ тәріздес ортадағы реакциялар үшін).
Осылайша, химиялық процестің жүруінің белгілі бір шарттарын өзгерту арқылы процестің қаншалықты жылдам жүретініне әсер етуге болады.
Химиялық әрекеттесу процесінде әрекеттесетін заттардың бөлшектері бір-бірімен соқтығысады. Мұндай сәйкестіктердің саны әрекеттесуші қоспаның көлеміндегі заттар бөлшектерінің санына пропорционал, демек реагенттердің молярлық концентрацияларына пропорционал.
Әрекет етуші массалар заңыреакция жылдамдығының әрекеттесуші заттардың молярлық концентрацияларына тәуелділігін сипаттайды.
Элементар реакция үшін (A + B → ...) бұл заң формуламен өрнектеледі:
υ \u003d k ∙С A ∙С B,
мұндағы k – жылдамдық тұрақтысы; C A және C B - әрекеттесуші заттардың молярлық концентрациясы, А және В.
Егер әрекеттесуші заттардың біреуі қатты күйде болса, онда өзара әрекеттесу фазалар шекарасында жүреді, сондықтан қатты заттың концентрациясы әсер етуші массалардың кинетикалық заңының теңдеуіне кірмейді. Жылдамдық константасының физикалық мағынасын түсіну үшін 1-ге тең С, А және С В алу керек. Сонда жылдамдық константасы реагент концентрациясының бірлікке тең реакция жылдамдығына тең екені белгілі болады.
Реагенттердің табиғаты
Әрекеттесетін заттардың химиялық байланыстары әрекеттесу процесінде жойылып, реакция өнімдерінің жаңа байланыстары пайда болатындықтан, қосылыстардың реакциясына қатысатын байланыстардың табиғаты және әрекеттесетін заттардың молекулаларының құрылымы маңызды рөл атқарады. маңызды рөл.
Реагенттердің жанасу бетінің ауданы
Қатты реагенттердің жанасу бетінің ауданы сияқты сипаттама реакцияның жүруіне кейде айтарлықтай әсер етеді. Қатты затты ұнтақтау реагенттердің жанасу бетінің ауданын ұлғайтуға, демек, процесті тездетуге мүмкіндік береді. Еріген заттардың жанасу ауданы заттың еруі арқылы оңай артады.
Реакция температурасы
Температура жоғарылаған сайын соқтығысатын бөлшектердің энергиясы артады, температураның жоғарылауымен химиялық процестің өзі де жылдамдайтыны анық. Температураның жоғарылауы заттардың өзара әрекеттесу процесіне қалай әсер ететінінің айқын мысалы ретінде кестеде келтірілген мәліметтерді қарастыруға болады.
Кесте 1. Температура өзгерісінің су түзілу жылдамдығына әсері (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)
Температураның заттардың өзара әрекеттесу жылдамдығына қалай әсер ететінін сандық сипаттау үшін Вант-Хофф ережесі қолданылады. Вант-Хофф ережесі бойынша температура 10 градусқа көтерілгенде 2-4 есе үдеу болады.
Вант-Гоф ережесін сипаттайтын математикалық формула келесідей:
Мұндағы γ – химиялық реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті (γ = 2−4).
Бірақ Аррениус теңдеуі жылдамдық константасының температураға тәуелділігін анағұрлым дәл сипаттайды:
Мұндағы R – әмбебап газ тұрақтысы, А – реакция түрімен анықталатын коэффициент, Е, А – активтену энергиясы.
Активтену энергиясы - бұл молекуланың химиялық түрленуі үшін алуы керек энергия. Яғни, бұл байланыстарды қайта бөлу үшін реакция көлемінде соқтығысатын молекулалар арқылы еңсеру қажет болатын энергия тосқауылының бір түрі.
Активтену энергиясы сыртқы факторларға тәуелді емес, заттың табиғатына байланысты. 40 - 50 кДж/мольге дейінгі активтену энергиясының мәні заттардың бір-бірімен жеткілікті белсенді әрекеттесуіне мүмкіндік береді. Активтену энергиясы 120 кДж/мольден асса, содан кейін заттар (қарапайым температурада) өте баяу әрекеттеседі. Температураның өзгеруі белсенді молекулалар санының өзгеруіне әкеледі, яғни активтену энергиясынан үлкен энергияға жеткен, сондықтан химиялық түрленуге қабілетті молекулалар.
Катализатор әрекеті
Катализатор - бұл процесті жылдамдата алатын, бірақ оның өнімдерінің құрамына кірмейтін зат. Катализ (химиялық түрлену барысын жеделдету) · біртекті, · гетерогенді болып бөлінеді. Егер әрекеттесуші заттар мен катализатор бір агрегаттық күйде болса, онда катализ біртекті, егер әртүрлі күйде болса, гетерогенді деп аталады. Катализаторлардың әсер ету механизмдері әртүрлі және біршама күрделі. Сонымен қатар, катализаторлар әрекеттің таңдамалылығымен сипатталатынын атап өткен жөн. Яғни, бір катализатор бір реакцияны жеделдете отырып, екінші реакцияның жылдамдығын ешбір жолмен өзгертпеуі мүмкін.
Қысым
Егер трансформацияға газ тәрізді заттар қатысса, онда процесс жылдамдығына жүйедегі қысымның өзгеруі әсер етеді. . Бұл орын алады, өйткенігаз тәріздес әрекеттесуші заттар үшін қысымның өзгеруі концентрацияның өзгеруіне әкеледі.
Химиялық реакцияның жылдамдығын эксперименталды түрде анықтау
Әрекеттесуші заттардың немесе өнімдердің концентрациясы уақыт бірлігінде қалай өзгеретіні туралы мәліметтерді алу арқылы химиялық түрлену жылдамдығын тәжірибе жүзінде анықтауға болады. Мұндай мәліметтерді алу әдістері бөлінеді
- химиялық,
- физикалық және химиялық.
Химиялық әдістер өте қарапайым, қолжетімді және дәл. Олардың көмегімен жылдамдық реакцияға түсетін заттардың немесе өнімдердің концентрациясын немесе зат мөлшерін тікелей өлшеу арқылы анықталады. Баяу реакция жағдайында реагенттің қалай жұмсалатынын бақылау үшін үлгілер алынады. Осыдан кейін үлгідегі реагенттің мөлшері анықталады. Белгілі бір уақыт аралығында сынама алу арқылы әрекеттесу кезінде зат мөлшерінің өзгеруі туралы мәліметтер алуға болады. Талдаудың ең жиі қолданылатын түрлері титриметрия және гравиметрия болып табылады.
Егер реакция тез жүрсе, үлгі алу үшін оны тоқтату керек. Мұны салқындату арқылы жасауға болады катализатордың күрт жойылуы, сонымен қатар реагенттердің біреуін сұйылтуға немесе реактивті емес күйге ауыстыруға болады.
Қазіргі тәжірибелік кинетикада физикалық-химиялық талдау әдістері химиялық әдістерге қарағанда жиі қолданылады. Олардың көмегімен нақты уақыт режимінде заттардың концентрациясының өзгеруін байқауға болады. Реакцияны тоқтату және үлгілерді алудың қажеті жоқ.
Физика-химиялық әдістер жүйедегі белгілі бір қосылыстардың сандық құрамына тәуелді және уақыт бойынша өзгеретін физикалық қасиетті өлшеуге негізделген. Мысалы, реакцияға газдар қатысатын болса, онда қысым осындай қасиет болуы мүмкін. Сонымен қатар заттардың электр өткізгіштігін, сыну көрсеткішін, жұтылу спектрін өлшеңіз.
§ 12. ФЕРМЕНТТІК РЕАКЦИЯЛАРДЫҢ КИНЕТИКАСЫ
Ферментативті реакциялардың кинетикасы - ферментативті реакциялардың жылдамдығы, олардың әртүрлі факторларға тәуелділігі туралы ғылым. Ферменттік реакцияның жылдамдығы реакцияға түскен субстраттың химиялық мөлшерімен немесе белгілі бір жағдайларда көлем бірлігіне уақыт бірлігінде алынған реакция өнімімен анықталады:
Мұндағы v – ферментативті реакцияның жылдамдығы, субстрат немесе реакция өнімінің концентрациясының өзгеруі, t – уақыт.
Ферментативті реакцияның жылдамдығы оның белсенділігін анықтайтын ферменттің табиғатына байланысты. Ферменттің белсенділігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым реакция жылдамдығы жоғары болады. Ферменттің белсенділігі фермент катализдейтін реакция жылдамдығымен анықталады. Фермент белсенділігінің өлшемі фермент белсенділігінің стандартты бірлігі болып табылады. Фермент белсенділігінің стандартты бірлігі – 1 минут ішінде 1 мкмоль субстраттың айналуын катализдейтін фермент мөлшері.
Ферментативті реакция кезінде фермент (Е) субстратпен (S) әрекеттеседі, нәтижесінде фермент-субстрат кешені түзіледі, содан кейін фермент пен реакция өнімі (Р) бөлініп ыдырайды:
Ферменттік реакцияның жылдамдығы көптеген факторларға байланысты: субстрат пен ферменттің концентрациясы, температура, ортаның рН, ферменттердің белсенділігін арттыратын немесе төмендететін әртүрлі реттеуші заттардың болуы.
Білу қызықты! Ферменттер медицинада әртүрлі ауруларды диагностикалау үшін қолданылады. Миокард инфарктісі кезінде қандағы жүрек бұлшықетінің зақымдануы мен ыдырауынан аспартатаминотрансфераза және аланинаминотрансфераза ферменттерінің құрамы күрт артады. Олардың белсенділігін анықтау бұл ауруды анықтауға мүмкіндік береді.
Субстрат пен фермент концентрациясының ферментативті реакция жылдамдығына әсері
Ферменттік реакция жылдамдығына субстрат концентрациясының әсерін қарастырайық (30-сурет.). Төмен субстрат концентрациясында жылдамдық оның концентрациясына тура пропорционал болады, содан кейін концентрация жоғарылаған сайын реакция жылдамдығы баяу артады, ал субстраттың өте жоғары концентрациясында жылдамдық оның концентрациясына іс жүзінде тәуелсіз және максималды мәніне жетеді (Vmax) . Мұндай субстрат концентрацияларында барлық фермент молекулалары фермент-субстрат кешенінің бөлігі болып табылады және ферменттің белсенді орталықтарының толық қанығуына қол жеткізіледі, сондықтан бұл жағдайда реакция жылдамдығы субстрат концентрациясынан іс жүзінде тәуелсіз болады.
Күріш. 30. Ферменттік реакция жылдамдығының субстрат концентрациясына тәуелділігі
Фермент активтілігінің субстрат концентрациясына тәуелділік графигі Михаэлис-Ментен теңдеуі арқылы сипатталған, ол зерттеуге үлкен үлес қосқан көрнекті ғалымдар Л.Майхаэлис пен М.Ментеннің құрметіне аталған. ферментативті реакциялардың кинетикасын,
мұндағы v – ферментативті реакцияның жылдамдығы; [S] - субстрат концентрациясы; K M – Михаэлис тұрақтысы.
Михаэлис тұрақтысының физикалық мағынасын қарастырайық. v = ½ V max болған жағдайда, K M = [S] аламыз. Осылайша, Михаэлис константасы реакция жылдамдығы максимумның жартысы болатын субстрат концентрациясына тең.
Ферменттік реакцияның жылдамдығы ферменттің концентрациясына да байланысты (31-сурет). Бұл қатынас сызықтық.
Күріш. 31. Ферменттік реакция жылдамдығының фермент концентрациясына тәуелділігі
Температураның ферментативті реакция жылдамдығына әсері
Ферментативті реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі күріш. 32.
Күріш. 32. Ферменттік реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі.
Төмен температурада (шамамен 40 - 50 ° C дейін) Вант-Хофф ережесіне сәйкес температураның әрбір 10 ° C жоғарылауы химиялық реакция жылдамдығының 2 - 4 ұлғаюымен бірге жүреді. рет. 55 – 60°С жоғары жоғары температурада оның термиялық денатурациясына байланысты ферменттің белсенділігі күрт төмендейді, нәтижесінде ферментативті реакция жылдамдығының күрт төмендеуі байқалады. Ферменттердің максималды белсенділігі әдетте 40 - 60 o C аралығында байқалады.Ферменттің белсенділігі ең жоғары болатын температура температура оптимумы деп аталады. Термофильді микроорганизмдер ферменттерінің температуралық оптимумы жоғары температура аймағында болады.
Ферменттік реакция жылдамдығына рН әсері
Ферменттік белсенділіктің рН-ға тәуелділік графигі күріш. 33.
Күріш. 33. Ферментативті реакция жылдамдығына рН әсері
РН-тәуелділік графигі қоңырау тәрізді. Ферменттің белсенділігі ең жоғары болатын рН мәні деп аталады рН оңтайлыфермент. Әртүрлі ферменттер үшін рН оңтайлы мәндері әртүрлі.
Ферменттік реакцияның рН-ға тәуелділігінің сипаты бұл көрсеткішке әсер ететіндігімен анықталады:
а) катализге қатысатын аминқышқылдарының қалдықтарының ионизациясы;
б) субстраттың иондануы;
в) ферменттің конформациясы және оның белсенді аймағы.
Ферменттердің тежелуі
Ферменттік реакцияның жылдамдығын бірнеше химиялық заттардың әсерінен азайтуға болады ингибиторлар. Кейбір ингибиторлар адам үшін улы, мысалы цианидтер, ал басқалары есірткі ретінде қолданылады.
Ингибиторларды екі негізгі түрге бөлуге болады: қайтымсызЖәне қайтымды. Қайтымсыз ингибиторлар (I) ферментпен байланысып, комплекс түзеді, оның диссоциациялануы фермент белсенділігінің қалпына келуімен мүмкін емес:
Қайтымсыз ингибитордың мысалы ретінде диизопропилфторфосфатты (DFF) келтіруге болады. DPP жүйке импульсінің берілуінде маңызды рөл атқаратын ацетилхолинэстераза ферментін тежейді. Бұл ингибитор ферменттің белсенді аймағының серинімен әрекеттеседі, осылайша соңғысының белсенділігін тежейді. Нәтижесінде нейрондардың жүйке жасушаларының процестерінің жүйке импульсін өткізу қабілеті бұзылады. DFF - алғашқы жүйке агенттерінің бірі. Оның негізінде адамдар мен жануарлар үшін салыстырмалы түрде улы емес бірқатар жасалды. инсектицидтер -жәндіктерге улы заттар.
Қайтымды ингибиторлардың қайтымсыздан айырмашылығы, белгілі бір жағдайларда ферменттен оңай бөлінуі мүмкін. Соңғысының белсенділігі қалпына келеді:
Қайтымды ингибиторларға жатады бәсекеге қабілеттіЖәне бәсекеге қабілетсізингибиторлар.
Бәсекеге қабілетті ингибитор субстраттың құрылымдық аналогы бола отырып, ферменттің белсенді аймағымен әрекеттеседі және осылайша субстраттың ферментке кіруін блоктайды. Бұл жағдайда ингибитор химиялық өзгерістерге ұшырамайды және ферментпен қайтымды байланысады. EI комплексі диссоциацияланғаннан кейін фермент не субстратпен байланысып, оны түрлендіруге, не ингибиторға (34. сурет) қосыла алады. Субстрат пен ингибитор белсенді жерде орын алу үшін бәсекелесетіндіктен, бұл тежелуді бәсекелес деп атайды.
Күріш. 34. Бәсекелес ингибитордың әсер ету механизмі.
Медицинада бәсекелес ингибиторлар қолданылады. Сульфаниламид препараттары бұрын жұқпалы аурулармен күресу үшін кеңінен қолданылған. Олар құрылымдық жағынан жақын пара-аминобензой қышқылы(PABA), көптеген патогенді бактериялар үшін маңызды өсу факторы. PABA фолий қышқылының прекурсоры болып табылады, ол бірқатар ферменттер үшін кофактор ретінде қызмет етеді. Сульфаниламид препараттары PABA-дан фолий қышқылын синтездейтін ферменттердің бәсекелес ингибиторы ретінде әрекет етеді және осылайша патогендік бактериялардың өсуі мен көбеюін тежейді.
Бәсекеге қабілетті емес ингибиторлар құрылымдық жағынан субстратқа ұқсас емес, ЭИ түзілу кезінде олар белсенді аймақпен емес, ферменттің басқа учаскесімен әрекеттеседі. Ингибитордың ферментпен әрекеттесуі соңғысының құрылымының өзгеруіне әкеледі. EI комплексінің түзілуі қайтымды, сондықтан оның ыдырауынан кейін фермент қайтадан субстратқа шабуыл жасай алады (35-сурет).
Күріш. 35. Бәсекелес емес ингибитордың әсер ету механизмі
CN - цианид бәсекеге қабілетті емес ингибитор ретінде әрекет ете алады. Ол протездік топтардың құрамына кіретін металл иондарымен байланысады және осы ферменттердің белсенділігін тежейді. Цианидпен улану өте қауіпті. Олар өлімге әкелуі мүмкін.
Аллостериялық ферменттер
«Аллостерикалық» термині гректің allo – басқа, стерео – аймақ деген сөздерінен шыққан. Осылайша, аллостериялық ферменттер белсенді аймақпен бірге басқа орталық деп аталады аллостериялық орталық(Cурет 36). Ферменттердің белсенділігін өзгертуге қабілетті заттар аллостериялық орталықпен байланысады, бұл заттар деп аталады. аллостериялық эффекторлар. Эффекторлар оң - ферментті белсендіреді, ал теріс - тежегіш, яғни. ферменттердің белсенділігін төмендету. Кейбір аллостериялық ферменттерге екі немесе одан да көп әсер етуші әсер етуі мүмкін.
Күріш. 36. Аллостериялық ферменттің құрылысы.
Мультиферменттік жүйелердің реттелуі
Кейбір ферменттер көп ферментті жүйелерге бірігіп, үйлесімді әрекет етеді, онда әрбір фермент метаболизм жолының белгілі бір сатысын катализдейді:
Көп ферментті жүйеде барлық реакция ретінің жылдамдығын анықтайтын фермент бар. Бұл фермент, әдетте, аллостериялық болып табылады және метаболикалық жолдың басында орналасады. Ол әртүрлі сигналдарды қабылдай отырып, катализделген реакция жылдамдығын арттыруға да, азайтуға да қабілетті, осылайша бүкіл процестің жылдамдығын реттей алады.
Химиялық реакцияның жылдамдығы көптеген факторларға, соның ішінде әрекеттесуші заттардың табиғатына, әрекеттесуші заттардың концентрациясына, температураға және катализаторлардың болуына байланысты. Осы факторларды қарастырайық.
1). Әрекеттесуші заттардың табиғаты. Егер иондық байланысы бар заттар арасында әрекеттесу болса, онда реакция коваленттік байланысы бар заттарға қарағанда жылдамырақ жүреді.
2.) Реактивтердің концентрациясы. Химиялық реакция жүруі үшін әрекеттесуші заттардың молекулалары соқтығысуы керек. Яғни, молекулалар бір-біріне соншалықты жақындауы керек, сондықтан бір бөлшектің атомдары екіншісінің электр өрістерінің әсерін сезінеді. Тек осы жағдайда ғана электрондардың ауысуы және атомдардың сәйкес қайта орналасуы мүмкін болады, нәтижесінде жаңа заттардың молекулалары түзіледі. Сонымен, химиялық реакциялардың жылдамдығы молекулалар арасында болатын соқтығыстардың санына пропорционал, ал соқтығыстардың саны, өз кезегінде, әрекеттесуші заттардың концентрациясына пропорционал. Тәжірибелік материал негізінде норвег ғалымдары Гульдберг пен Вагеж және оларға тәуелсіз орыс ғалымы Бекетов 1867 жылы химиялық кинетиканың негізгі заңын тұжырымдады - масса әрекетінің заңы(ZDM): тұрақты температурада химиялық реакция жылдамдығы әрекеттесуші заттардың концентрацияларының олардың стехиометриялық коэффициенттерінің қуатына көбейтіндісіне тура пропорционал. Жалпы жағдай үшін:
масса әрекетінің заңы келесі формада болады:
Берілген реакция үшін массаның әрекет заңы деп аталады реакцияның негізгі кинетикалық теңдеуі. Негізгі кинетикалық теңдеуде k - әрекеттесуші заттардың табиғатына және температураға тәуелді реакция жылдамдығының тұрақтысы.
Көптеген химиялық реакциялар қайтымды. Мұндай реакциялар кезінде олардың өнімдері жинақталған кезде бір-бірімен әрекеттесіп, бастапқы заттарды түзеді:
Алға реакция жылдамдығы:
Кері байланыс жылдамдығы:
Тепе-теңдік кезінде:
Осыдан тепе-теңдік күйіндегі әрекет ететін массалар заңы келесідей болады:
мұндағы K – реакцияның тепе-теңдік константасы.
3) Температураның реакция жылдамдығына әсері. Химиялық реакциялардың жылдамдығы, әдетте, температура асып кеткенде артады. Мұны сутектің оттегімен әрекеттесу мысалы арқылы қарастырайық.
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
20 0 С температурада реакция жылдамдығы нөлге тең және өзара әрекеттесу 15%-ға өтуі үшін 54 миллиард жыл қажет болады. 500 0 С температурада судың пайда болуына 50 минут қажет, ал 700 0 С температурада реакция бірден жүреді.
Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі өрнектеледі Вант-Хофф ережесі: температураның шамамен 10 жоғарылауымен реакция жылдамдығы 2 - 4 есе артады. Вант-Хофф ережесі жазылған:
4) Катализаторлардың әсері. Химиялық реакциялардың жылдамдығын бақылауға болады катализаторлар- реакция жылдамдығын өзгертетін және реакциядан кейін өзгеріссіз қалатын заттар. Катализатор қатысында реакция жылдамдығының өзгеруі катализ деп аталады. Айыру оң(реакция жылдамдығы артады) және теріс(реакция жылдамдығы төмендейді) катализ. Кейде катализатор реакция кезінде түзіледі, мұндай процестер автокаталитикалық деп аталады. Біртекті және гетерогенді катализді ажыратыңыз.
Сағат біртектіКатализде катализатор мен әрекеттесуші заттар бір фазада болады. Мысалы:
Сағат гетерогендіКатализде катализатор мен әрекеттесуші заттар әртүрлі фазаларда болады. Мысалы:
Гетерогенді катализ ферментативті процестермен байланысты. Тірі ағзаларда болатын барлық химиялық процестер белгілі бір арнайы қызметтері бар ақуыздар болып табылатын ферменттер арқылы катализденеді. Ферменттік процестер жүретін ерітінділерде нақты анықталған фазалық интерфейстің болмауына байланысты типтік гетерогенді орта болмайды. Мұндай процестер микрогетерогенді катализ деп аталады.
Сұрақ 1. Қандай заттарды катализаторлар деп атайды?
Химиялық реакцияның жылдамдығын өзгертіп, оның соңында өзгеріссіз қалатын заттарды катализаторлар деп атайды.
Сұрақ 2. Ферменттер жасушада қандай қызмет атқарады?
Ферменттер тірі жасушадағы химиялық реакцияларды тездететін биологиялық катализаторлар. Кейбір ферменттердің молекулалары тек белоктардан тұрады, басқаларына белокты және белокты емес қосылыстар (органикалық – кофермент немесе бейорганикалық – әртүрлі металдардың иондары) жатады. Ферменттер қатаң спецификалық: әрбір фермент субстрат молекулаларының белгілі бір түрлері қатысатын реакциялардың белгілі бір түрін катализдейді.
Сұрақ 3. Ферментативті реакциялардың жылдамдығы қандай факторларға байланысты болуы мүмкін?
Ферменттік реакциялардың жылдамдығы көбінесе ферменттің концентрациясына, заттың табиғатына, температураға, қысымға және ортаның реакциясына (қышқылдық немесе сілтілі) байланысты.
Көптеген ферменттер үшін белгілі бір жағдайларда, мысалы, белгілі бір заттардың молекулаларының қатысуымен белсенді орталықтың конфигурациясы өзгереді, бұл оларға ең үлкен ферментативті белсенділікті қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Сұрақ 4. Неліктен ферменттердің көпшілігі жоғары температурада каталитикалық қасиеттерін жоғалтады?
Қоршаған ортаның жоғары температурасы, әдетте, ақуыздың денатурациясын тудырады, яғни оның табиғи құрылымының бұзылуы. Сондықтан жоғары температурада ферменттердің көпшілігі каталитикалық қасиеттерін жоғалтады.
Сұрақ 5. Неліктен витаминдердің жетіспеушілігі ағзаның өмірлік маңызды процестерінің бұзылуына әкелуі мүмкін?
Көптеген витаминдер ферменттердің бөлігі болып табылады. Демек, ағзадағы витаминдердің жетіспеушілігі жасушалардағы ферменттердің белсенділігінің әлсіреуіне әкеледі, демек, өмірлік процестердің бұзылуына әкелуі мүмкін.
1.8. Биологиялық катализаторлар
4,3 (86,15%) 52 дауысБұл бетте іздеген:
- ферменттер жасушада қандай рөл атқарады
- қандай заттар катализаторлар деп аталады
- Неліктен ферменттердің көпшілігі жоғары температурада
- Ферменттік реакциялардың жылдамдығына қандай факторлар әсер етеді?
- Неліктен ферменттердің көпшілігі жоғары температурада қасиеттерін жоғалтады?
USE кодификаторының тақырыптары:Жылдамдық реакциясы. Оның әртүрлі факторларға тәуелділігі.
Химиялық реакцияның жылдамдығы реакцияның қаншалықты жылдам жүретінін көрсетеді. Бөлшектер кеңістікте соқтығысқанда өзара әрекеттесу пайда болады. Бұл жағдайда реакция әрбір соқтығысқанда болмайды, тек бөлшектердің тиісті энергиясы болғанда ғана жүреді.
Жылдамдық реакциясы уақыт бірлігінде химиялық түрленумен аяқталатын әрекеттесетін бөлшектердің элементар соқтығыстарының саны.
Химиялық реакцияның жылдамдығын анықтау оны жүзеге асыру шарттарымен байланысты. Егер реакция біртекті– яғни. өнімдер мен әрекеттесуші заттар бір фазада болса, химиялық реакцияның жылдамдығы уақыт бірлігіндегі заттың өзгеруі ретінде анықталады:
υ = ∆C / ∆t.
Егер әрекеттесуші заттар немесе өнімдер әр түрлі фазада болса және бөлшектердің соқтығысуы тек интерфейсте болса, онда реакция деп аталады. гетерогенді, ал оның жылдамдығы реакция бетінің бірлігіне уақыт бірлігіндегі зат мөлшерінің өзгеруімен анықталады:
υ = Δν / (S Δt).
Бөлшектерді жиі соқтығысуды қалай жасауға болады, яғни. Қалай химиялық реакция жылдамдығын арттыру?
1. Ең оңай жолы - көбейту температура . Физика курсынан белгілі болғандай, температура материя бөлшектерінің қозғалысының орташа кинетикалық энергиясының өлшемі болып табылады. Температураны көтерсек, онда кез келген заттың бөлшектері жылдамырақ қозғала бастайды, сондықтан жиі соқтығысады.
Бірақ температураның жоғарылауымен химиялық реакциялардың жылдамдығы негізінен тиімді соқтығыстар санының өсуіне байланысты артады. Температура көтерілген сайын реакцияның энергетикалық кедергісін жеңе алатын белсенді бөлшектердің саны күрт артады. Температураны төмендетсек, бөлшектер баяу қозғала бастайды, белсенді бөлшектердің саны азаяды, ал секундына тиімді соқтығыстардың саны азаяды. Осылайша, Температура жоғарылағанда химиялық реакцияның жылдамдығы артады, ал төмендегенде ол төмендейді..
Назар аударыңыз!
Бұл ереже барлық химиялық реакциялар үшін бірдей жұмыс істейді (соның ішінде экзотермиялық және эндотермиялық). Реакция жылдамдығы жылу эффектісіне тәуелді емес. Экзотермиялық реакциялардың жылдамдығы температураның жоғарылауымен артады, ал төмендеген сайын төмендейді. Эндотермиялық реакциялардың жылдамдығы да температураның жоғарылауымен артады, ал төмендеген сайын төмендейді.Оның үстіне, сонау 19 ғасырда голланд физигі Вант Хофф эксперименталды түрде реакциялардың көпшілігі температураның 10 ° C жоғарылауымен шамамен бірдей жылдамдықпен (шамамен 2-4 есе) өсетінін анықтады. Вант Хофф ережесі естіледі. осылайша: температураның 10°С жоғарылауы химиялық реакция жылдамдығының 2-4 есе артуына әкеледі (бұл шама химиялық реакция жылдамдығының температуралық коэффициенті γ деп аталады). Әрбір реакция үшін температура коэффициентінің нақты мәні анықталады.
мұнда v - химиялық реакцияның жылдамдығы,
C А Және C B — сәйкесінше А және В заттардың концентрациясы моль/л
к пропорционалдық коэффициенті, реакция жылдамдығының константасы болып табылады.
Мысалы, аммиак түзілу реакциясы үшін:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Массалық әрекет заңы келесідей көрінеді:
- Бұл химиялық реакцияға қатысатын химиялық заттар, оның жылдамдығы мен бағытын өзгертеді, бірақ жұмсауға болмайдыреакция кезінде (реакцияның соңында олар сан жағынан да, құрамы жағынан да өзгермейді). А+В типті реакция үшін катализатордың жұмыс істеу механизмін келесідей бейнелеуге болады:
A+K=AK
AK + B = AB + K
Катализатормен әрекеттескенде реакция жылдамдығының өзгеру процесі деп аталады катализ. Катализаторлар өнеркәсіпте реакция жылдамдығын арттыру немесе оны белгілі бір жолға бағыттау қажет болғанда кеңінен қолданылады.
Катализатордың фазалық күйі бойынша біртекті және гетерогенді катализ бөлінеді.
біртекті катализ - бұл әрекеттесуші заттар мен катализатор бір фазада (газ, ерітінді) болғанда. Біртекті катализаторларға қышқылдар мен негіздер жатады. органикалық аминдер және т.б.
гетерогенді катализ - бұл әрекеттесуші заттар мен катализатор әртүрлі фазаларда болғанда. Әдетте, гетерогенді катализаторлар қатты заттар болып табылады. Өйткені мұндай катализаторлардағы әрекеттесу тек заттың бетінде болады, катализаторларға қойылатын маңызды талап - үлкен бет ауданы. Гетерогенді катализаторлар жоғары кеуектілігімен сипатталады, бұл катализатордың бетінің ауданын арттырады. Осылайша, кейбір катализаторлардың жалпы бетінің ауданы кейде 1 г катализаторға 500 шаршы метрге жетеді. Үлкен аумақ пен кеуектілік реагенттермен тиімді әрекеттесуді қамтамасыз етеді. Гетерогенді катализаторларға металдар, цеолиттер – алюмосиликаттар тобының кристалдық минералдары (кремний және алюминий қосылыстары) және т.б.
Мысалгетерогенді катализ аммиак синтезі:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Катализатор ретінде Al 2 O 3 және K 2 O қоспалары бар кеуекті темір қолданылады.
Химиялық реакция кезінде катализатордың өзі жұмсалмайды, бірақ катализатордың бетінде катализатордың белсенді орталықтарын байланыстыратын және оның жұмысын блоктайтын басқа заттар жиналады ( каталитикалық улар). Олар катализаторды қалпына келтіру арқылы жүйелі түрде жойылуы керек.
Биохимиялық реакцияларда катализаторлар өте тиімді. ферменттер. Ферментативті катализаторлар 100% селективтілігімен жоғары тиімді және таңдамалы әрекет етеді. Өкінішке орай, ферменттер температураның жоғарылауына, орташа қышқылдыққа және басқа факторларға өте сезімтал, сондықтан ферментативті катализбен процестерді өнеркәсіптік ауқымда жүзеге асыру үшін бірқатар шектеулер бар.
Катализаторларды шатастырмау керек бастамашыларпроцесс және ингибиторлар. Мысалы, метанды хлорлаудың радикалды реакциясын бастау үшін ультракүлгін сәулелену қажет. Бұл катализатор емес. Кейбір радикалдық реакциялар пероксид радикалдарымен басталады. Олар сондай-ақ катализаторлар емес.
Ингибиторлархимиялық реакцияны бәсеңдететін заттар. Ингибиторларды тұтынуға және химиялық реакцияға қатысуға болады. Бұл жағдайда ингибиторлар катализатор емес, керісінше. Кері катализ негізінен мүмкін емес - реакция кез келген жағдайда ең жылдам жолмен жүруге тырысады.
5. Әрекеттесуші заттардың жанасу аймағы. Гетерогенді реакциялар үшін тиімді соқтығыстар санын көбейтудің бір жолы - көбейту реакция бетінің ауданы . Реакцияланатын фазалардың жанасу бетінің ауданы неғұрлым үлкен болса, гетерогенді химиялық реакция жылдамдығы соғұрлым жоғары болады. Ұнтақталған мырыш салмағы бірдей түйіршікті мырышқа қарағанда қышқылда әлдеқайда жылдам ериді.
Өнеркәсіпте әрекеттесуші заттардың жанасу бетінің ауданын ұлғайту үшін олар қолданылады сұйық төсек әдісі. Мысалы, қайнау қабаты әдісімен күкірт қышқылын өндіруде пирит күйдіріледі.
6. Әрекеттесуші заттардың табиғаты . Химиялық реакциялардың жылдамдығына, басқалары тең болса, химиялық қасиеттер де әсер етеді, яғни. әрекеттесуші заттардың табиғаты. Белсенділігі аз заттардың активтену кедергісі жоғары болады және белсенді заттарға қарағанда баяу әрекет етеді. Неғұрлым белсенді заттардың активтену энергиясы төмен, олар әлдеқайда оңай және химиялық реакцияларға түсу ықтималдығы жоғары.
Төмен активтену энергияларында (40 кДж/мольден аз) реакция өте тез және оңай жүреді. Бөлшектер арасындағы соқтығыстардың маңызды бөлігі химиялық түрленумен аяқталады. Мысалы, қалыпты жағдайда ион алмасу реакциялары өте тез жүреді.
Жоғары активтену энергияларында (120 кДж/моль-ден астам) тек аздаған соқтығыстар химиялық түрленумен аяқталады. Мұндай реакциялардың жылдамдығы шамалы. Мысалы, азот қалыпты жағдайда оттегімен іс жүзінде әрекеттеспейді.
Орташа активтену энергияларында (40-тан 120 кДж/мольге дейін) реакция жылдамдығы орташа болады. Мұндай реакциялар қалыпты жағдайда да жүреді, бірақ өте тез емес, сондықтан оларды жай көзбен байқауға болады. Бұл реакцияларға натрийдің сумен әрекеттесуі, темірдің тұз қышқылымен әрекеттесуі және т.б.
Қалыпты жағдайда тұрақты заттар белсендіру энергиясы жоғары болады.