Химийн хувирлын механизм ба тэдгээрийн хурдыг химийн кинетик судалдаг. Химийн процессууд цаг хугацааны явцад янз бүрийн хурдаар явагддаг. Зарим нь хурдан, бараг агшин зуур тохиолддог бол зарим нь маш удаан үргэлжилдэг.
-тай холбоотой
Хурдны урвал- нэгж эзэлхүүн дэх урвалжуудын зарцуулалт (тэдгээрийн концентраци буурах) эсвэл урвалын бүтээгдэхүүн үүсэх хурд.
Химийн урвалын хурдад нөлөөлж болох хүчин зүйлүүд
Химийн харилцан үйлчлэл хэр хурдан болоход дараах хүчин зүйлс нөлөөлж болно.
- бодисын концентраци;
- урвалжуудын шинж чанар;
- температур;
- катализатор байгаа эсэх;
- даралт (хийн орчин дахь урвалын хувьд).
Тиймээс химийн процессын тодорхой нөхцлийг өөрчилснөөр процесс хэр хурдан үргэлжлэхэд нөлөөлөх боломжтой.
Химийн харилцан үйлчлэлийн явцад урвалд орж буй бодисын хэсгүүд хоорондоо мөргөлддөг. Ийм давхцлын тоо нь урвалж буй хольцын эзэлхүүн дэх бодисын хэсгүүдийн тоотой пропорциональ, улмаар урвалжуудын молийн концентрацитай пропорциональ байна.
Үйл ажиллагаа явуулж буй массын хуульурвалд орж буй бодисын молийн концентрациас урвалын хурдын хамаарлыг тодорхойлдог.
Энгийн урвалын хувьд (A + B → ...) энэ хуулийг дараах томъёогоор илэрхийлнэ.
υ \u003d k ∙С A ∙С B,
Энд k нь хурдны тогтмол; C A ба C B нь урвалд орох бодисуудын молийн концентраци, А ба В.
Хэрэв урвалд орж буй бодисуудын аль нэг нь хатуу төлөвт байгаа бол харилцан үйлчлэл нь фазын интерфэйс дээр явагддаг тул хатуу бодисын концентрацийг ажиллаж буй массын кинетик хуулийн тэгшитгэлд оруулаагүй болно. Хурдны тогтмолын физик утгыг ойлгохын тулд C, A, C B-ийг 1-тэй тэнцүү авах шаардлагатай. Дараа нь хурдны тогтмол нь урвалжийн концентраци нэгдэлтэй тэнцүү байх үед урвалын хурдтай тэнцүү байх нь тодорхой болно.
Урвалжуудын мөн чанар
Урвалж буй бодисын химийн холбоо нь харилцан үйлчлэлийн явцад устаж, урвалын бүтээгдэхүүний шинэ холбоо үүсдэг тул нэгдлүүдийн урвалд оролцох бондын шинж чанар, урвалд орж буй бодисын молекулын бүтэц нь тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэг. чухал үүрэг.
Урвалжийн контактын гадаргуугийн талбай
Хатуу урвалжуудын контактын гадаргуугийн талбай гэх мэт шинж чанар нь урвалын явцад ихээхэн нөлөөлдөг. Хатуу бодисыг нунтаглах нь урвалжуудын контактын гадаргууг нэмэгдүүлэх, улмаар үйл явцыг хурдасгах боломжийг олгодог. Ууссан бодисын холбоо барих талбай нь бодисыг уусгаснаар амархан нэмэгддэг.
Урвалын температур
Температур нэмэгдэхийн хэрээр мөргөлдөж буй бөөмсийн энерги нэмэгдэх бөгөөд температур нэмэгдэхийн хэрээр химийн процесс өөрөө хурдасна гэдэг нь ойлгомжтой. Температурын өсөлт нь бодисын харилцан үйлчлэлийн үйл явцад хэрхэн нөлөөлж буйн тод жишээг хүснэгтэд өгсөн өгөгдлийг авч үзэж болно.
Хүснэгт 1. Ус үүсэх хурдад температурын өөрчлөлтийн нөлөө (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)
Температур нь бодисын харилцан үйлчлэлийн хурдад хэрхэн нөлөөлж болохыг тоон байдлаар тодорхойлохын тулд Вант Хоффын дүрмийг ашигладаг. Вант Хоффын дүрэм бол температур 10 градусаар нэмэгдэхэд 2-4 дахин хурдатгал үүсдэг.
Вант Хоффын дүрмийг тайлбарлах математикийн томъёо нь дараах байдалтай байна.
Энд γ нь химийн урвалын хурдны температурын коэффициент (γ = 2−4).
Гэхдээ Аррениусын тэгшитгэл нь хурдны тогтмолын температурын хамаарлыг илүү нарийвчлалтай тодорхойлдог.
R нь бүх нийтийн хийн тогтмол, А нь урвалын төрлөөр тодорхойлогддог хүчин зүйл, E, A нь идэвхжүүлэлтийн энерги юм.
Идэвхжүүлэх энерги гэдэг нь химийн хувиргалт явагдахын тулд молекулын олж авах ёстой энерги юм. Өөрөөр хэлбэл, энэ нь бондыг дахин хуваарилахын тулд урвалын эзэлхүүн дэх молекулууд мөргөлдөх замаар даван туулах шаардлагатай эрчим хүчний саад тотгор юм.
Идэвхжүүлэх энерги нь гадны хүчин зүйлээс хамаардаггүй, харин тухайн бодисын шинж чанараас хамаардаг. 40-50 кЖ / моль хүртэл идэвхжүүлэх энергийн үнэ цэнэ нь бодисыг бие биетэйгээ идэвхтэй урвалд оруулах боломжийг олгодог. Хэрэв идэвхжүүлэх энерги 120 кЖ/моль-ээс хэтэрсэн бол, дараа нь бодисууд (энгийн температурт) маш удаан урвалд орох болно. Температурын өөрчлөлт нь идэвхтэй молекулуудын тоо өөрчлөгдөхөд хүргэдэг, өөрөөр хэлбэл идэвхжүүлэлтийн энергиэс илүү их энергид хүрсэн молекулууд, улмаар химийн хувиргалт хийх чадвартай байдаг.
Катализаторын үйлдэл
Катализатор нь үйл явцыг хурдасгах чадвартай боловч түүний бүтээгдэхүүний нэг хэсэг биш бодис юм. Катализ (химийн хувирлын явцыг хурдасгах) нь · нэгэн төрлийн, · гетероген гэж хуваагддаг. Хэрэв урвалж ба катализатор нь нэгтгэх төлөвт байгаа бол катализыг нэгэн төрлийн, өөр өөр төлөвт байгаа бол гетероген гэж нэрлэдэг. Катализаторын үйл ажиллагааны механизм нь олон янз бөгөөд нэлээд төвөгтэй байдаг. Нэмж дурдахад катализаторууд нь үйл ажиллагааны сонгомол шинж чанартай байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Өөрөөр хэлбэл, нэг урвалыг хурдасгах ижил катализатор нь нөгөө урвалын хурдыг ямар ч байдлаар өөрчлөхгүй байж болно.
Даралт
Хэрэв хийн бодисууд хувиргахад оролцвол систем дэх даралтын өөрчлөлт нь процессын хурдад нөлөөлнө. . Учир нь ийм зүйл тохиолддогхийн урвалжуудын хувьд даралтын өөрчлөлт нь концентрацийн өөрчлөлтөд хүргэдэг.
Химийн урвалын хурдыг туршилтаар тодорхойлох
Нэгж хугацаанд урвалд орж буй бодис, бүтээгдэхүүний концентраци хэрхэн өөрчлөгдөж байгаа талаарх мэдээллийг олж авах замаар химийн хувирлын хурдыг туршилтаар тодорхойлох боломжтой. Ийм өгөгдлийг олж авах аргыг дараахь байдлаар хуваана
- химийн,
- физик, химийн.
Химийн аргууд нь маш энгийн, боломжийн, үнэн зөв байдаг. Тэдгээрийн тусламжтайгаар хурдыг урвалд орох бодис эсвэл бүтээгдэхүүний концентраци эсвэл хэмжээг шууд хэмжих замаар тодорхойлно. Урвал удаан байгаа тохиолдолд урвалж хэрхэн зарцуулагдаж байгааг хянахын тулд дээж авдаг. Үүний дараа дээж дэх урвалжийн агууламжийг тодорхойлно. Тогтмол давтамжтайгаар дээж авснаар харилцан үйлчлэлийн явцад тухайн бодисын хэмжээ өөрчлөгдсөн талаарх мэдээллийг авах боломжтой. Шинжилгээний хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг төрөл бол титриметр ба гравиметр юм.
Хэрэв урвал хурдан явагдах юм бол дээж авахын тулд үүнийг зогсоох хэрэгтэй. Үүнийг хөргөх замаар хийж болно катализаторыг огцом зайлуулах, мөн урвалжуудын аль нэгийг шингэлэх эсвэл урвалд орохгүй төлөвт шилжүүлэх боломжтой.
Орчин үеийн туршилтын кинетикийн физик-химийн шинжилгээний аргуудыг химийн аргуудаас илүү ашигладаг. Тэдгээрийн тусламжтайгаар та бодисын концентрацийн өөрчлөлтийг бодит цаг хугацаанд ажиглаж болно. Урвалыг зогсоож, дээж авах шаардлагагүй.
Физик-химийн аргууд нь систем дэх тодорхой нэгдлүүдийн тоон агууламжаас хамаардаг, цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг физик шинж чанарыг хэмжихэд суурилдаг. Жишээлбэл, урвалд хий оролцдог бол даралт нь ийм шинж чанартай байж болно. Мөн бодисын цахилгаан дамжуулах чанар, хугарлын илтгэгч, шингээлтийн спектрийг хэмждэг.
§ 12. ФЕРМЕНТИЙН РЕАКСИЙН КИНЕТИК
Ферментийн урвалын кинетик нь ферментийн урвалын хурд, тэдгээрийн янз бүрийн хүчин зүйлээс хамаарах шинжлэх ухаан юм. Ферментийн урвалын хурдыг урвалд орсон субстратын химийн хэмжээ эсвэл тодорхой нөхцөлд нэгж эзэлхүүн дэх нэгж хугацаанд ногдох урвалын бүтээгдэхүүнээр тодорхойлно.
Энд v нь ферментийн урвалын хурд, субстрат эсвэл урвалын бүтээгдэхүүний концентрацийн өөрчлөлт, t нь цаг хугацаа юм.
Ферментийн урвалын хурд нь түүний үйл ажиллагааг тодорхойлдог ферментийн шинж чанараас хамаардаг. Ферментийн идэвхжил өндөр байх тусам урвалын хурд өндөр болно. Ферментийн идэвхийг ферментийн катализаторын урвалын хурдаар тодорхойлно. Ферментийн үйл ажиллагааны хэмжүүр нь ферментийн үйл ажиллагааны нэг стандарт нэгж юм. Ферментийн үйл ажиллагааны стандарт нэгж нь 1 минутын дотор 1 мкмоль субстратын хувиргалтыг хурдасгадаг ферментийн хэмжээ юм.
Ферментийн урвалын үед фермент (E) нь субстрат (S) -тай харилцан үйлчилж, фермент-субстратын цогцолбор үүсэх ба дараа нь фермент болон урвалын бүтээгдэхүүн (P) ялгарснаар задардаг.
Ферментийн урвалын хурд нь олон хүчин зүйлээс хамаардаг: субстрат ба ферментийн концентраци, температур, орчны рН, ферментийн идэвхийг нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулах боломжтой янз бүрийн зохицуулалтын бодисууд.
Мэдэх сонирхолтой! Ферментийг анагаах ухаанд янз бүрийн өвчнийг оношлоход ашигладаг. Цусан дахь зүрхний булчингийн гэмтэл, задралын улмаас миокардийн шигдээсийн үед аспартатаминотрансфераза ба аланин аминотрансфераза ферментийн агууламж огцом нэмэгддэг. Тэдний үйл ажиллагааг тодорхойлох нь энэ өвчнийг оношлох боломжийг олгодог.
Ферментийн урвалын хурдад субстрат ба ферментийн концентрацийн нөлөө
Ферментийн урвалын хурдад субстратын концентрацийн нөлөөг авч үзье (Зураг 30.). Субстратын бага концентрацитай үед хурд нь түүний концентрацитай шууд пропорциональ байдаг; дараа нь концентраци нэмэгдэхийн хэрээр урвалын хурд аажмаар нэмэгдэж, субстратын маш өндөр концентрацитай үед хурд нь түүний концентрацаас бараг хамааралгүй бөгөөд хамгийн их утгад (Vmax) хүрдэг. . Ийм субстратын концентрацитай үед бүх фермент молекулууд нь фермент-субстратын цогцолборын нэг хэсэг бөгөөд ферментийн идэвхтэй төвүүдийн бүрэн ханалтад хүрдэг тул энэ тохиолдолд урвалын хурд нь субстратын концентрацаас бараг хамааралгүй байдаг.
Цагаан будаа. 30. Ферментийн урвалын хурдны субстратын концентрацаас хамаарах хамаарал
Ферментийн үйл ажиллагааны субстратын концентрацаас хамаарах графикийг Михаэлис-Ментенийн тэгшитгэлээр тодорхойлсон бөгөөд энэ нь судалгаанд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан нэрт эрдэмтэн Л.Микэлис, М.Ментен нарын хүндэтгэлд нэрлэгдсэн юм. ферментийн урвалын кинетик,
энд v нь ферментийн урвалын хурд; [S] нь субстратын концентраци; K M нь Михаэлис тогтмол.
Michaelis тогтмолын физик утгыг авч үзье. v = ½ V max байх нөхцөлд бид K M = [S] болно. Тиймээс Михаэлисын тогтмол нь урвалын хурд хамгийн ихдээ хагас байх субстратын концентрацтай тэнцүү байна.
Ферментийн урвалын хурд нь ферментийн концентрацаас хамаарна (Зураг 31). Энэ харилцаа шугаман байна.
Цагаан будаа. 31. Ферментийн урвалын хурд нь ферментийн концентрацаас хамаарах хамаарал
Ферментийн урвалын хурдад температурын нөлөө
Ферментийн урвалын хурд нь температураас хамааралтай болохыг Зураг дээр үзүүлэв. 32.
Цагаан будаа. 32. Ферментийн урвалын хурдын температураас хамаарах хамаарал.
Бага температурт (ойролцоогоор 40 - 50 ° C хүртэл) Вант Хоффын дүрмийн дагуу 10 ° C тутамд температурын өсөлт нь химийн урвалын хурд 2 - 4-ээр нэмэгддэг. удаа. 55-60 хэмээс дээш өндөр температурт ферментийн идэвхжил нь түүний дулааны денатурацийн улмаас огцом буурч, улмаар ферментийн урвалын хурд огцом буурч байна. Ферментийн хамгийн их идэвхжил нь ихэвчлэн 40 - 60 o C. Ферментийн идэвхжил хамгийн их байх температурыг хамгийн оновчтой температур гэж нэрлэдэг. Термофиль бичил биетний ферментийн хамгийн оновчтой температур нь өндөр температурт байдаг.
Ферментийн урвалын хурдад рН-ийн нөлөө
Ферментийн үйл ажиллагааны рН-ээс хамаарах графикийг Зураг дээр үзүүлэв. 33.
Цагаан будаа. 33. Ферментийн урвалын хурдад рН-ийн нөлөөлөл
РН-ийн хамаарлын график нь хонх хэлбэртэй байна. Ферментийн идэвхжил хамгийн их байх рН-ийн утгыг нэрлэдэг рН оновчтойфермент. Төрөл бүрийн ферментийн рН-ийн оновчтой утга нь маш өөр өөр байдаг.
Ферментийн урвалын рН-ээс хамаарах шинж чанар нь энэ үзүүлэлт дараахь байдлаар тодорхойлогддог.
a) катализд оролцдог амин хүчлийн үлдэгдлийг ионжуулах;
б) субстратын ионжуулалт;
в) ферментийн конформаци ба түүний идэвхтэй талбай.
Ферментийн дарангуйлал
гэж нэрлэгддэг хэд хэдэн химийн бодисын үйлчлэлээр ферментийн урвалын хурдыг бууруулж болно дарангуйлагч. Зарим дарангуйлагчид цианид гэх мэт хүний хувьд хортой байдаг бол зарим нь эм болгон ашигладаг.
Дарангуйлагчдыг хоёр үндсэн төрөлд хувааж болно. эргэлт буцалтгүйТэгээд буцаах боломжтой. Эргэшгүй дарангуйлагчид (I) ферменттэй холбогдож, ферментийн үйл ажиллагааг сэргээснээр задрах боломжгүй цогцолбор үүсгэдэг.
Эргэшгүй дарангуйлагчийн жишээ бол диизопропилфторофосфат (DFF) юм. DPP нь мэдрэлийн импульс дамжуулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг ацетилхолинэстераза ферментийг дарангуйлдаг. Энэхүү дарангуйлагч нь ферментийн идэвхтэй хэсгийн серинтэй харилцан үйлчлэлцэж, улмаар сүүлчийнх нь үйл ажиллагааг хаадаг. Үүний үр дүнд мэдрэлийн эсийн мэдрэлийн эсийн мэдрэлийн импульс дамжуулах чадвар алдагддаг. DFF бол мэдрэлийн анхны бодисуудын нэг юм. Үүний үндсэн дээр хүн, амьтанд харьцангуй хоргүй хэд хэдэн зүйлийг бий болгосон. шавьж устгах бодис -шавьжинд хортой бодисууд.
Эргэдэг дарангуйлагч нь эргэлт буцалтгүй дарангуйлагчаас ялгаатай нь тодорхой нөхцөлд ферментээс амархан салгагддаг. Сүүлчийн үйл ажиллагаа сэргээгдсэн:
Урвуу ингибиторууд орно өрсөлдөх чадвартайТэгээд өрсөлдөх чадваргүйдарангуйлагч.
Өрсөлдөх чадвартай дарангуйлагч нь субстратын бүтцийн аналог бөгөөд ферментийн идэвхтэй хэсэгтэй харилцан үйлчлэлцэж, улмаар субстратын фермент рүү нэвтрэх боломжийг хаадаг. Энэ тохиолдолд дарангуйлагч нь химийн өөрчлөлтөд ордоггүй бөгөөд ферменттэй урвуу байдлаар холбогддог. EI цогцолборыг салгасны дараа фермент нь субстраттай холбогдож, түүнийг хувиргах эсвэл дарангуйлагчтай холбогдож болно (Зураг 34.). Субстрат ба дарангуйлагч хоёулаа идэвхтэй хэсэгт байрлахын төлөө өрсөлддөг тул энэ дарангуйллыг өрсөлдөх чадвартай гэж нэрлэдэг.
Цагаан будаа. 34. Өрсөлдөөнт дарангуйлагчийн үйл ажиллагааны механизм.
Өрсөлдөөнт дарангуйлагчийг анагаах ухаанд ашигладаг. Сульфаниламидын бэлдмэлийг өмнө нь халдварт өвчинтэй тэмцэхэд өргөн ашигладаг байсан. Тэд бүтцийн хувьд ойрхон байдаг пара-аминобензой хүчил(PABA), олон эмгэг төрүүлэгч бактерийн өсөлтийн чухал хүчин зүйл. PABA нь фолийн хүчлийн урьдал бодис бөгөөд хэд хэдэн ферментийн кофактор болдог. Сульфаниламидын бэлдмэлүүд нь PABA-аас фолийн хүчлийг нийлэгжүүлэх ферментийн өрсөлдөх чадвартай дарангуйлагч болж, улмаар эмгэг төрүүлэгч бактерийн өсөлт, үржлийг саатуулдаг.
Өрсөлдөх чадваргүй дарангуйлагчид нь субстраттай бүтцийн хувьд ижил төстэй байдаггүй бөгөөд EI үүсэх үед тэдгээр нь идэвхтэй газар биш, харин ферментийн өөр газартай харилцан үйлчилдэг. Дарангуйлагчийн ферменттэй харилцан үйлчлэлцэх нь сүүлчийн бүтцийг өөрчлөхөд хүргэдэг. EI цогцолбор үүсэх нь буцаах боломжтой тул задралын дараа фермент нь субстрат руу дахин довтолж чаддаг (Зураг 35).
Цагаан будаа. 35. Өрсөлдөөнгүй дарангуйлагчийн үйл ажиллагааны механизм
CN - цианид нь өрсөлдөх чадваргүй дарангуйлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь протезийн бүлгийн нэг хэсэг болох металлын ионуудтай холбогдож, эдгээр ферментийн үйл ажиллагааг саатуулдаг. Цианидын хордлого нь маш аюултай. Тэд үхэлд хүргэж болзошгүй.
Аллостерийн ферментүүд
"Аллостерик" гэсэн нэр томъёо нь Грекийн allo - өөр, стерео - талбай гэсэн үгнээс гаралтай. Тиймээс аллостерийн ферментүүд идэвхтэй талбайн хамт өөр төвтэй байдаг аллостерийн төв(Зураг 36). Ферментийн идэвхийг өөрчлөх чадвартай бодисууд нь аллостерийн төвтэй холбогддог тул эдгээр бодисыг нэрлэдэг. аллостерийн эффекторууд. Эффекторууд эерэг байдаг - ферментийг идэвхжүүлдэг, сөрөг - дарангуйлагч, i.e. ферментийн идэвхийг бууруулах. Зарим аллостерийн ферментүүдэд хоёр ба түүнээс дээш эффектор нөлөөлж болно.
Цагаан будаа. 36. Аллостерийн ферментийн бүтэц.
Олон ферментийн системийн зохицуулалт
Зарим ферментүүд харилцан үйлчилж, олон ферментийн системд нэгдэж, фермент бүр нь бодисын солилцооны тодорхой үе шатыг катализатор болгодог.
Олон ферментийн системд бүх урвалын дарааллын хурдыг тодорхойлдог фермент байдаг. Энэ фермент нь дүрмээр бол аллостерик шинж чанартай бөгөөд бодисын солилцооны замын эхэнд байрладаг. Тэрээр янз бүрийн дохиог хүлээн авч, катализаторын урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх, бууруулах чадвартай бөгөөд ингэснээр бүх үйл явцын хурдыг зохицуулдаг.
Химийн урвалын хурд нь урвалд орох бодисын шинж чанар, урвалд орох бодисын концентраци, температур, катализатор байгаа эсэх зэрэг олон хүчин зүйлээс хамаардаг. Эдгээр хүчин зүйлсийг авч үзье.
1). Урвалж буй бодисын мөн чанар. Хэрэв ионы холбоо бүхий бодисуудын хооронд харилцан үйлчлэл байгаа бол урвал нь ковалент холбоо бүхий бодисуудаас илүү хурдан явагддаг.
2.) Реактив бодисын концентраци. Химийн урвал явагдахын тулд урвалд орох бодисын молекулууд мөргөлдөх ёстой. Өөрөөр хэлбэл, нэг бөөмийн атомууд нөгөө бөөмийн цахилгаан талбайн үйлчлэлийг мэдрэхийн тулд молекулууд хоорондоо маш ойртох ёстой. Зөвхөн энэ тохиолдолд электронуудын шилжилт, атомуудын холбогдох өөрчлөлтүүд боломжтой бөгөөд үүний үр дүнд шинэ бодисын молекулууд үүсдэг. Тиймээс химийн урвалын хурд нь молекулуудын хооронд үүссэн мөргөлдөөний тоотой пропорциональ, мөргөлдөх тоо нь эргээд урвалд орох бодисын концентрацтай пропорциональ байна. Туршилтын материалд үндэслэн Норвегийн эрдэмтэн Гулдберг, Вагеж нар, тэднээс үл хамааран Оросын эрдэмтэн Бекетов 1867 онд химийн кинетикийн үндсэн хуулийг томъёолжээ. массын үйл ажиллагааны хууль(ZDM): Тогтмол температурт химийн урвалын хурд нь урвалж буй бодисын концентрацийн үржвэрийн стехиометрийн коэффициентүүдийн хүчин чадалтай шууд пропорциональ байна. Ерөнхий тохиолдолд:
массын үйл ажиллагааны хууль дараах хэлбэртэй байна.
Өгөгдсөн урвалын массын үйл ажиллагааны хуулийг нэрлэнэ урвалын үндсэн кинетик тэгшитгэл. Үндсэн кинетик тэгшитгэлд k нь урвалд орох бодисын шинж чанар, температураас хамаардаг урвалын хурдны тогтмол юм.
Ихэнх химийн урвалууд буцах боломжтой байдаг. Ийм урвалын явцад тэдгээрийн бүтээгдэхүүнүүд хуримтлагдахдаа бие биентэйгээ урвалд орж анхны бодисыг үүсгэдэг.
Урт урвалын хурд:
Санал хүсэлтийн хувь:
Тэнцвэрийн үед:
Эндээс тэнцвэрт байдалд ажиллаж буй массын хууль дараах хэлбэртэй болно.
Энд K нь урвалын тэнцвэрийн тогтмол юм.
3) Температурын урвалын хурдад үзүүлэх нөлөө. Температур хэтэрсэн үед химийн урвалын хурд ихэвчлэн нэмэгддэг. Устөрөгч болон хүчилтөрөгчийн харилцан үйлчлэлийн жишээг ашиглан үүнийг авч үзье.
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
20 0 С-т урвалын хурд бараг тэг бөгөөд харилцан үйлчлэл 15% -иар дамжих хүртэл 54 тэрбум жил шаардлагатай. 500 0 С-т ус үүсгэхэд 50 минут шаардагдах бөгөөд 700 0 С-т урвал шууд явагдана.
Температураас урвалын хурдын хамаарлыг илэрхийлнэ Вант Хоффын дүрэм: температур ойролцоогоор 10-аар нэмэгдэхэд урвалын хурд 2-4 дахин нэмэгддэг. Вант Хоффын дүрмийг дараах байдлаар бичжээ.
4) Катализаторын нөлөө. Химийн урвалын хурдыг хянах боломжтой катализаторууд- урвалын хурдыг өөрчилдөг, урвалын дараа өөрчлөгдөөгүй бодисууд. Катализаторын оролцоотойгоор урвалын хурд өөрчлөгдөхийг катализ гэж нэрлэдэг. Ялгах эерэг(урвалын хурд нэмэгддэг) ба сөрөг(урвалын хурд буурах) катализ. Заримдаа урвалын явцад катализатор үүсдэг тул ийм процессыг автокаталитик гэж нэрлэдэг. Нэг төрлийн ба гетероген катализыг ялгах.
At нэгэн төрлийнКатализаторын хувьд катализатор ба урвалжууд нэг үе шатанд байна. Жишээлбэл:
At нэг төрлийн бусКатализаторын хувьд катализатор ба урвалжууд өөр өөр үе шаттай байдаг. Жишээлбэл:
Гетероген катализ нь ферментийн процессуудтай холбоотой байдаг. Амьд организмд тохиолддог бүх химийн процессууд нь тодорхой тусгай функц бүхий уураг болох ферментийн тусламжтайгаар катализ болдог. Ферментийн процесс явагддаг уусмалуудад тодорхой тодорхойлогдсон фазын интерфейс байхгүй тул ердийн гетероген орчин байдаггүй. Ийм процессыг микрогетероген катализ гэж нэрлэдэг.
Асуулт 1. Ямар бодисыг катализатор гэж нэрлэдэг вэ?
Химийн урвалын хурдыг өөрчилдөг, эцэст нь өөрчлөгддөггүй бодисыг катализатор гэнэ.
Асуулт 2. Ферментүүд эсэд ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?
Ферментүүд нь амьд эсийн химийн урвалыг хурдасгадаг биологийн катализатор юм. Зарим ферментийн молекулууд нь зөвхөн уурагуудаас бүрддэг бол бусад нь уураг ба уургийн бус нэгдлүүд (органик - коэнзим эсвэл органик бус - янз бүрийн металлын ионууд) орно. Ферментүүд нь нарийн тодорхой байдаг: фермент бүр нь тодорхой төрлийн субстратын молекулууд оролцдог тодорхой төрлийн урвалыг хурдасгадаг.
Асуулт 3. Ферментийн урвалын хурд ямар хүчин зүйлээс хамаарч болох вэ?
Ферментийн урвалын хурд нь ферментийн концентраци, бодисын шинж чанар, температур, даралт, орчны урвал (хүчиллэг эсвэл шүлтлэг) зэргээс ихээхэн хамаардаг.
Олон ферментийн хувьд тодорхой нөхцөлд, жишээлбэл, зарим бодисын молекулууд байгаа үед идэвхтэй төвийн тохиргоо өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь ферментийн хамгийн их үйл ажиллагааг хангах боломжийг олгодог.
Асуулт 4. Яагаад ихэнх ферментүүд өндөр температурт катализаторын шинж чанараа алддаг вэ?
Хүрээлэн буй орчны өндөр температур нь дүрмээр бол уургийн денатураци, өөрөөр хэлбэл түүний байгалийн бүтцийг зөрчихөд хүргэдэг. Тиймээс өндөр температурт ихэнх ферментүүд катализаторын шинж чанараа алддаг.
Асуулт 5. Яагаад витамины дутагдал нь бие махбодийн амин чухал үйл явцад саад учруулж болох вэ?
Олон тооны витаминууд нь ферментийн нэг хэсэг юм. Тиймээс бие махбодид витамин дутагдалтай байгаа нь эс дэх ферментийн үйл ажиллагаа суларч, улмаар амин чухал үйл явцыг зөрчихөд хүргэдэг.
1.8. Биологийн катализаторууд
4.3 (86.15%) 52 саналЭнэ хуудаснаас хайсан:
- ферментүүд эсэд ямар үүрэг гүйцэтгэдэг
- ямар бодисыг катализатор гэж нэрлэдэг
- яагаад ихэнх ферментүүд өндөр температурт байдаг
- Ферментийн урвалын хурдад ямар хүчин зүйл нөлөөлдөг вэ?
- Яагаад ихэнх ферментүүд өндөр температурт шинж чанараа алддаг вэ?
USE кодлогчийн сэдвүүд:Хурдны урвал. Түүний янз бүрийн хүчин зүйлээс хамааралтай байдал.
Химийн урвалын хурд нь урвал хэр хурдан явагддагийг харуулдаг. Орон зайд бөөмс мөргөлдөх үед харилцан үйлчлэл үүсдэг. Энэ тохиолдолд урвал нь мөргөлдөх бүрт тохиолддоггүй, харин бөөмс нь зохих энергитэй байх үед л тохиолддог.
Хурдны урвал Энэ нь цаг хугацааны нэгж дэх химийн хувиралтаар төгссөн харилцан үйлчлэгч хэсгүүдийн энгийн мөргөлдөөний тоо юм.
Химийн урвалын хурдыг тодорхойлох нь түүнийг хэрэгжүүлэх нөхцөлтэй холбоотой юм. Хэрэв урвал нэгэн төрлийн– өөрөөр хэлбэл Бүтээгдэхүүн ба урвалжууд ижил үе шатанд байгаа тул химийн урвалын хурдыг нэгж хугацаанд бодисын өөрчлөлтөөр тодорхойлно.
υ = ∆C / ∆t.
Хэрэв урвалд орох бодисууд эсвэл бүтээгдэхүүнүүд өөр өөр үе шатанд байгаа бөгөөд бөөмсийн мөргөлдөөн нь зөвхөн интерфэйс дээр явагддаг бол урвалыг гэнэ. нэг төрлийн бус, түүний хурд нь урвалын гадаргуугийн нэгжид ногдох бодисын хэмжээг өөрчлөх замаар тодорхойлогддог.
υ = Δν / (S Δt).
Хэрхэн бөөмсийг илүү олон удаа мөргөлдөх, i.e. Хэрхэн химийн урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх?
1. Хамгийн хялбар арга бол нэмэгдүүлэх явдал юм температур . Та физикийн хичээлээсээ мэдэж байгаа байх, температур нь материйн бөөмсийн хөдөлгөөний дундаж кинетик энергийн хэмжүүр юм. Хэрэв бид температурыг өсгөвөл аливаа бодисын хэсгүүд илүү хурдан хөдөлж эхэлдэг тул илүү олон удаа мөргөлддөг.
Гэсэн хэдий ч температур нэмэгдэхийн хэрээр үр дүнтэй мөргөлдөөний тоо нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор химийн урвалын хурд нэмэгддэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр урвалын энергийн саадыг даван туулах идэвхтэй хэсгүүдийн тоо огцом нэмэгддэг. Хэрэв бид температурыг бууруулбал бөөмс удаан хөдөлж, идэвхтэй бөөмсийн тоо буурч, секундэд үр дүнтэй мөргөлдөөний тоо буурдаг. Тиймээс, Температур өсөхөд химийн урвалын хурд нэмэгдэж, температур буурах үед буурдаг..
Анхаар!
Энэ дүрэм нь бүх химийн урвалуудад адилхан ажилладаг (экзотермик ба эндотермикийг оруулаад). Урвалын хурд нь дулааны нөлөөллөөс хамаардаггүй. Экзотермик урвалын хурд нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, температур буурах тусам буурдаг. Эндотермик урвалын хурд нь температур нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, температур буурах тусам буурдаг.Түүгээр ч барахгүй 19-р зуунд Голландын физикч Вант Хофф туршилтаар ихэнх урвалууд температур 10 хэмээр нэмэгдэхэд ойролцоогоор ижил хурдаар (ойролцоогоор 2-4 дахин) нэмэгддэг болохыг тогтоожээ. Вант Хоффын дүрэм сонсогдож байна. үүнтэй төстэй: температурыг 10 хэмээр нэмэгдүүлэх нь химийн урвалын хурдыг 2-4 дахин нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг (энэ утгыг химийн урвалын хурдны температурын коэффициент γ гэж нэрлэдэг). Температурын коэффициентийн тодорхой утгыг урвал бүрт тодорхойлно.
энд v нь химийн урвалын хурд,
C A Тэгээд C B — А ба В бодисын концентраци, моль/л
к пропорциональ коэффициент, урвалын хурдны тогтмол.
Жишээлбэл, аммиак үүсэх урвалын хувьд:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Массын үйл ажиллагааны хууль дараах байдалтай байна.
- Эдгээр нь химийн урвалд оролцдог химийн бодисууд бөгөөд түүний хурд, чиглэлийг өөрчилдөг, гэхдээ зарцуулах боломжгүйурвалын явцад (урвалын төгсгөлд тэдгээр нь тоо хэмжээ, найрлагад өөрчлөгддөггүй). A + B төрлийн урвалын катализаторын үйл ажиллагааны ойролцоо механизмыг дараах байдлаар дүрсэлж болно.
A+K=AK
AK + B = AB + K
Катализатортой харилцан үйлчлэх үед урвалын хурдыг өөрчлөх үйл явц гэж нэрлэдэг катализ. Катализатор нь урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх эсвэл тодорхой зам дагуу чиглүүлэх шаардлагатай үед үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг.
Катализаторын фазын төлөв байдлаас хамааран нэгэн төрлийн ба гетероген катализыг ялгадаг.
нэгэн төрлийн катализ - энэ нь урвалж ба катализатор ижил фаз (хий, уусмал) байх үед юм. Ердийн нэгэн төрлийн катализатор нь хүчил ба суурь юм. органик аминууд гэх мэт.
гетероген катализ - энэ нь урвалж болон катализатор өөр өөр үе шатанд байх үед юм. Дүрмээр бол гетероген катализаторууд нь хатуу бодис юм. Учир нь Ийм катализатор дахь харилцан үйлчлэл нь зөвхөн бодисын гадаргуу дээр явагддаг тул катализаторын чухал шаардлага бол гадаргуугийн том талбай юм. Гетероген катализаторууд нь өндөр сүвэрхэг чанараараа тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь катализаторын гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлдэг. Тиймээс зарим катализаторын нийт гадаргуугийн талбай заримдаа 1 г катализатор тутамд 500 квадрат метр хүрдэг. Том талбай, сүвэрхэг чанар нь урвалжуудтай үр дүнтэй харилцан үйлчлэлийг баталгаажуулдаг. Гетероген катализаторууд нь метал, цеолит - алюминосиликат бүлгийн талст эрдэс (цахиур, хөнгөн цагааны нэгдлүүд) болон бусад.
Жишээгетероген катализ - аммиакийн синтез:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Al 2 O 3 ба K 2 O хольцтой сүвэрхэг төмрийг катализатор болгон ашигладаг.
Химийн урвалын явцад катализатор өөрөө зарцуулагддаггүй боловч катализаторын гадаргуу дээр бусад бодисууд хуримтлагддаг бөгөөд энэ нь катализаторын идэвхтэй төвүүдийг холбож, үйл ажиллагааг нь хаадаг ( катализаторын хор). Катализаторыг нөхөн сэргээх замаар тэдгээрийг тогтмол зайлуулж байх ёстой.
Катализатор нь биохимийн урвалд маш үр дүнтэй байдаг. ферментүүд. Ферментийн катализатор нь 100% сонгомол өндөр үр ашигтай, сонгомол байдлаар ажилладаг. Харамсалтай нь ферментүүд температурын өсөлт, дунд зэргийн хүчиллэг байдал болон бусад хүчин зүйлүүдэд маш мэдрэмтгий байдаг тул ферментийн катализ бүхий процессыг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хэрэгжүүлэхэд хэд хэдэн хязгаарлалт байдаг.
Катализаторыг андуурч болохгүй санаачлагчидүйл явц ба дарангуйлагч. Жишээлбэл, Метан хлоржуулах радикал урвалыг эхлүүлэхийн тулд хэт ягаан туяа шаардлагатай. Энэ бол катализатор биш юм. Зарим радикал урвалыг хэт ислийн радикалууд эхлүүлдэг. Тэд бас катализатор биш юм.
Дарангуйлагчидхимийн урвалыг удаашруулдаг бодисууд юм. Дарангуйлагчийг хэрэглэж, химийн урвалд оролцож болно. Энэ тохиолдолд ингибиторууд нь катализатор биш, харин эсрэгээрээ. Урвуу катализ нь зарчмын хувьд боломжгүй юм - урвал нь ямар ч тохиолдолд хамгийн хурдан замыг дагахыг оролдох болно.
5. Урвалж буй бодисуудын холбоо барих талбай. Гетероген урвалын хувьд үр дүнтэй мөргөлдөөний тоог нэмэгдүүлэх нэг арга бол нэмэгдүүлэх явдал юм урвалын гадаргуугийн талбай . Урвалж буй фазуудын контактын гадаргуугийн талбай их байх тусам гетероген химийн урвалын хурд ихсэх болно. Нунтаг цайр нь ижил масстай мөхлөгт цайраас хамаагүй хурдан хүчилд уусдаг.
Аж үйлдвэрт урвалж бодисуудын холбоо барих гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлэхийн тулд тэдгээрийг ашигладаг шингэрүүлсэн орны арга. Жишээлбэл, буцалгах давхаргын аргаар хүхрийн хүчил үйлдвэрлэхэд пиритийг шарж .
6. Урвалж буй бодисын мөн чанар . Химийн урвалын хурд, бусад зүйлс тэнцүү байх нь химийн шинж чанараас хамаардаг, өөрөөр хэлбэл. урвалд орох бодисын мөн чанар. Идэвхтэй бодис багатай бодисууд нь идэвхжүүлэх саад өндөртэй бөгөөд илүү идэвхтэй бодисуудаас илүү удаан урвалд ордог. Илүү идэвхтэй бодисууд нь идэвхжүүлэх энерги багатай байдаг ба химийн урвалд орох нь илүү хялбар бөгөөд илүү магадлалтай байдаг.
Идэвхжүүлэх энерги багатай үед (40 кЖ/моль-ээс бага) урвал маш хурдан бөгөөд амархан явагддаг. Бөөмүүдийн хоорондох мөргөлдөөний нэлээд хэсэг нь химийн өөрчлөлтөөр төгсдөг. Жишээлбэл, ердийн нөхцөлд ион солилцооны урвал маш хурдан явагддаг.
Идэвхжүүлэлтийн өндөр энергитэй үед (120 кЖ/моль-ээс их) цөөн тооны мөргөлдөөн нь химийн хувиралтаар төгсдөг. Ийм урвалын хурд нь ач холбогдолгүй юм. Жишээлбэл, хэвийн нөхцөлд азот нь хүчилтөрөгчтэй бараг харьцдаггүй.
Дунд зэргийн идэвхжүүлэлтийн энергид (40-120 кЖ/моль) урвалын хурд дундаж байна. Ийм хариу үйлдэл нь ердийн нөхцөлд явагддаг боловч тийм ч хурдан биш бөгөөд ингэснээр тэдгээрийг энгийн нүдээр ажиглаж болно. Эдгээр урвалуудад натрийн устай харилцан үйлчлэлцэх, төмрийн давсны хүчилтэй харилцан үйлчлэх зэрэг орно.
Хэвийн нөхцөлд тогтвортой байдаг бодисууд нь идэвхжүүлэх энерги ихтэй байдаг.