Kimyasal dönüşümlerin mekanizmaları ve hızları kimyasal kinetik ile incelenir. Kimyasal işlemler zaman içinde farklı hızlarda ilerler. Bazıları hızla, neredeyse anında gerçekleşirken, diğerlerinin gerçekleşmesi çok uzun zaman alır.
Temas halinde
hız reaksiyonu- reaktiflerin tüketilme hızı (konsantrasyonları azalır) veya birim hacim başına reaksiyon ürünleri oluşur.
Bir kimyasal reaksiyonun hızını etkileyebilecek faktörler
Aşağıdaki faktörler, bir kimyasal etkileşimin ne kadar hızlı gerçekleşeceğini etkileyebilir:
- maddelerin konsantrasyonu;
- reaktiflerin doğası;
- sıcaklık;
- bir katalizörün varlığı;
- basınç (gaz halindeki bir ortamdaki reaksiyonlar için).
Bu nedenle, bir kimyasal işlemin seyri için belirli koşulları değiştirerek, işlemin ne kadar hızlı ilerleyeceğini etkilemek mümkündür.
Kimyasal etkileşim sürecinde, reaksiyona giren maddelerin parçacıkları birbiriyle çarpışır. Bu tür tesadüflerin sayısı, reaksiyona giren karışımın hacmindeki madde parçacıklarının sayısıyla ve dolayısıyla reaktiflerin molar konsantrasyonlarıyla orantılıdır.
hareket eden kütleler kanunu reaksiyon hızının reaksiyona giren maddelerin molar konsantrasyonlarına bağımlılığını tanımlar.
Temel bir reaksiyon için (A + B → ...), bu yasa aşağıdaki formülle ifade edilir:
υ \u003d k ∙С A ∙С B,
burada k oran sabitidir; C A ve C B reaktanların, A ve B'nin molar konsantrasyonlarıdır.
Reaksiyona giren maddelerden biri katı haldeyse, etkileşim faz arayüzünde gerçekleşir ve bu nedenle katı maddenin konsantrasyonu, hareket eden kütlelerin kinetik yasası denklemine dahil edilmez. Hız sabitinin fiziksel anlamını anlamak için C, A ve C B'yi 1'e eşit olarak almak gerekir. Daha sonra hız sabitinin, bire eşit reaktif konsantrasyonlarında reaksiyon hızına eşit olduğu anlaşılır.
Reaktiflerin doğası
Etkileşim sürecinde reaksiyona giren maddelerin kimyasal bağları yok edildiğinden ve reaksiyon ürünlerinin yeni bağları oluştuğundan, bileşiklerin reaksiyonuna katılan bağların doğası ve reaksiyona giren maddelerin moleküllerinin yapısı bir rol oynayacaktır. önemli rol.
Reaktiflerin temas yüzey alanı
Katı reaktiflerin temas yüzey alanı gibi bir özellik, bazen oldukça önemli ölçüde, reaksiyonun seyrini etkiler. Bir katının öğütülmesi, reaktiflerin temas yüzey alanını artırmanıza ve dolayısıyla işlemi hızlandırmanıza olanak tanır. Çözünenlerin temas alanı, maddenin çözünmesiyle kolayca artar.
reaksiyon sıcaklığı
Sıcaklık arttıkça çarpışan parçacıkların enerjisi artacaktır, sıcaklık artışıyla kimyasal sürecin kendisinin hızlanacağı açıktır. Sıcaklıktaki bir artışın maddelerin etkileşim sürecini nasıl etkilediğine dair açık bir örnek, tabloda verilen veriler olarak kabul edilebilir.
Tablo 1. Sıcaklık değişiminin su oluşum hızı üzerindeki etkisi (О 2 +2Н 2 →2Н 2 О)
Sıcaklığın maddelerin etkileşim oranını nasıl etkileyebileceğinin nicel bir açıklaması için van't Hoff kuralı kullanılır. Van't Hoff'un kuralı, sıcaklık 10 derece arttığında 2-4 kat hızlanma olur.
Van't Hoff kuralını açıklayan matematiksel formül şu şekildedir:
Burada γ, kimyasal reaksiyon hızının sıcaklık katsayısıdır (γ = 2−4).
Ancak Arrhenius denklemi, hız sabitinin sıcaklığa bağlılığını çok daha doğru bir şekilde tanımlar:
Burada R evrensel gaz sabitidir, A reaksiyon türü tarafından belirlenen bir faktördür, E, A aktivasyon enerjisidir.
Aktivasyon enerjisi, bir kimyasal dönüşümün gerçekleşmesi için bir molekülün kazanması gereken enerjidir. Yani, bağları yeniden dağıtmak için reaksiyon hacminde çarpışan moleküller tarafından aşılması gereken bir tür enerji bariyeridir.
Aktivasyon enerjisi dış etkenlere bağlı olmayıp, maddenin doğasına bağlıdır. Aktivasyon enerjisinin 40 - 50 kJ/mol'e kadar olan değeri, maddelerin birbirleriyle oldukça aktif bir şekilde reaksiyona girmesini sağlar. Aktivasyon enerjisi 120 kJ/mol'ü aşarsa, o zaman maddeler (normal sıcaklıklarda) çok yavaş reaksiyona girer. Sıcaklıktaki bir değişiklik, aktif moleküllerin, yani aktivasyon enerjisinden daha büyük bir enerjiye ulaşmış ve bu nedenle kimyasal dönüşümler yapabilen moleküllerin sayısında bir değişikliğe yol açar.
Katalizör eylemi
Katalizör, bir süreci hızlandırabilen ancak ürünlerinin bir parçası olmayan bir maddedir. Kataliz (bir kimyasal dönüşümün seyrinin hızlanması), · homojen, · heterojen olarak ikiye ayrılır. Reaktanlar ve katalizör aynı toplanma durumundaysa, kataliz homojen, farklı durumlarda ise heterojen olarak adlandırılır. Katalizörlerin etki mekanizmaları çeşitlidir ve oldukça karmaşıktır. Ek olarak, katalizörlerin eylem seçiciliği ile karakterize edildiğine dikkat edilmelidir. Yani, bir reaksiyonu hızlandıran aynı katalizör, diğerinin hızını hiçbir şekilde değiştirmeyebilir.
Basınç
Dönüşümde gaz halindeki maddeler varsa, işlemin hızı sistemdeki basınç değişikliğinden etkilenecektir. . Bu olur çünkü gaz halindeki reaktanlar için, basınçtaki bir değişikliğin konsantrasyonda bir değişikliğe yol açtığını.
Kimyasal reaksiyon hızının deneysel olarak belirlenmesi
Bir kimyasal dönüşümün hızını deneysel olarak belirlemek, reaksiyona giren maddelerin veya ürünlerin konsantrasyonunun birim zamanda nasıl değiştiğine dair veriler elde etmekle mümkündür. Bu tür verileri elde etme yöntemleri ayrılır:
- kimyasal,
- fiziksel ve kimyasal.
Kimyasal yöntemler oldukça basit, uygun fiyatlı ve doğrudur. Onların yardımıyla, hız, reaktanların veya ürünlerin bir maddesinin konsantrasyonu veya miktarı doğrudan ölçülerek belirlenir. Yavaş bir reaksiyon durumunda, reaktifin nasıl tüketildiğini izlemek için numuneler alınır. Bundan sonra, numunedeki reaktifin içeriği belirlenir. Düzenli aralıklarla numune alınarak, etkileşim sırasında bir maddenin miktarındaki değişim hakkında veri elde etmek mümkündür. En sık kullanılan analiz türleri titrimetri ve gravimetridir.
Reaksiyon hızlı ilerliyorsa, numune almak için durdurulması gerekir. Bu soğutma ile yapılabilir katalizörün aniden çıkarılması reaktiflerden birini seyreltmek veya reaktif olmayan bir duruma aktarmak da mümkündür.
Modern deneysel kinetikte fizikokimyasal analiz yöntemleri, kimyasal olanlardan daha sık kullanılır. Onların yardımıyla, maddelerin konsantrasyonlarındaki değişimi gerçek zamanlı olarak gözlemleyebilirsiniz. Reaksiyonu durdurmaya ve numune almaya gerek yoktur.
Fiziko-kimyasal yöntemler, sistemdeki belirli bir bileşiğin kantitatif içeriğine bağlı olan ve zamanla değişen fiziksel bir özelliğin ölçülmesine dayanır. Örneğin, reaksiyonda gazlar varsa, o zaman basınç böyle bir özellik olabilir. Maddelerin elektrik iletkenliği, kırılma indisi ve absorpsiyon spektrumları da ölçülür.
§ 12. ENZİMATİF REAKSİYONLARIN KİNETİĞİ
Enzimatik reaksiyonların kinetiği, enzimatik reaksiyonların hızlarının bilimi, bunların çeşitli faktörlere bağımlılığıdır. Bir enzimatik reaksiyonun hızı, belirli koşullar altında, reaksiyona giren substratın kimyasal miktarı veya birim zamanda birim hacim başına elde edilen reaksiyon ürünü tarafından belirlenir:
burada v enzimatik reaksiyonun hızı, substrat veya reaksiyon ürününün konsantrasyonundaki değişiklik ve t zamandır.
Bir enzimatik reaksiyonun hızı, aktivitesini belirleyen enzimin doğasına bağlıdır. Enzimin aktivitesi ne kadar yüksek olursa, reaksiyon hızı o kadar yüksek olur. Enzim aktivitesi, enzim tarafından katalize edilen reaksiyonun hızı ile belirlenir. Enzim aktivitesinin bir ölçüsü, standart bir enzim aktivitesi birimidir. Bir standart enzim aktivitesi birimi, 1 µmol substratın 1 dakikada dönüşümünü katalize eden enzim miktarıdır.
Enzimatik reaksiyon sırasında, enzim (E) substrat (S) ile etkileşime girerek bir enzim-substrat kompleksinin oluşmasına neden olur ve bu daha sonra enzimin ve reaksiyon ürününün (P) salınmasıyla ayrışır:
Bir enzimatik reaksiyonun hızı birçok faktöre bağlıdır: substratın ve enzimin konsantrasyonu, sıcaklık, ortamın pH'ı, enzimlerin aktivitesini artırabilen veya azaltabilen çeşitli düzenleyici maddelerin varlığı.
Bilmek ilginç! Enzimler tıpta çeşitli hastalıkları teşhis etmek için kullanılır. Kandaki kalp kasının hasar görmesi ve çürümesi nedeniyle miyokard enfarktüsünde, aspartat transaminaz ve alanin aminotransferaz enzimlerinin içeriği keskin bir şekilde artar. Aktivitelerinin tanımlanması, bu hastalığın teşhisine izin verir.
Substrat ve Enzim Konsantrasyonlarının Enzimatik Reaksiyon Hızına Etkisi
Substrat konsantrasyonunun enzimatik reaksiyon hızı üzerindeki etkisini düşünün (Şekil 30.). Düşük substrat konsantrasyonlarında, hız, konsantrasyonuyla doğru orantılıdır; daha sonra, artan konsantrasyonla reaksiyon hızı daha yavaş artar ve çok yüksek substrat konsantrasyonlarında, oran pratik olarak konsantrasyonundan bağımsızdır ve maksimum değerine (Vmax) ulaşır. . Bu tür substrat konsantrasyonlarında, tüm enzim molekülleri, enzim-substrat kompleksinin bir parçasıdır ve enzimin aktif merkezlerinin tam doygunluğu elde edilir, bu nedenle bu durumda reaksiyon hızı pratik olarak substrat konsantrasyonundan bağımsızdır.
Pirinç. 30. Enzimatik reaksiyon hızının substrat konsantrasyonuna bağlılığı
Enzim aktivitesinin substrat konsantrasyonuna bağımlılığının grafiği, adını araştırmaya büyük katkı sağlayan seçkin bilim adamları L.Michaelis ve M.Menten'in onuruna alan Michaelis-Menten denklemi ile açıklanmaktadır. enzimatik reaksiyonların kinetiği,
burada v, enzimatik reaksiyonun hızıdır; [S] substrat konsantrasyonudur; KM, Michaelis sabitidir.
Michaelis sabitinin fiziksel anlamını ele alalım. v = ½ Vmax olması koşuluyla, K M = [S] elde ederiz. Böylece Michaelis sabiti, reaksiyon hızının maksimumun yarısı olduğu substrat konsantrasyonuna eşittir.
Enzimatik reaksiyonun hızı ayrıca enzimin konsantrasyonuna da bağlıdır (Şekil 31). Bu ilişki doğrusaldır.
Pirinç. 31. Enzimatik reaksiyon hızının enzim konsantrasyonuna bağlılığı
Sıcaklığın enzimatik reaksiyon hızı üzerindeki etkisi
Enzimatik reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı, Şek. 32.
Pirinç. 32. Enzimatik reaksiyon hızının sıcaklığa bağlılığı.
Düşük sıcaklıklarda (yaklaşık 40 - 50 ° C'ye kadar), van't Hoff kuralına göre her 10 ° C sıcaklıktaki bir artışa, kimyasal reaksiyon hızında 2 - 4 oranında bir artış eşlik eder. zamanlar. 55 - 60 ° C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda, termal denatürasyonu nedeniyle enzimin aktivitesi keskin bir şekilde azalır ve bunun sonucunda enzimatik reaksiyon hızında keskin bir düşüş gözlenir. Enzimlerin maksimum aktivitesi genellikle 40 - 60 o C aralığında gözlenir. Enzim aktivitesinin maksimum olduğu sıcaklığa optimum sıcaklık denir. Termofilik mikroorganizmaların enzimlerinin optimum sıcaklığı, daha yüksek sıcaklıklar bölgesindedir.
pH'ın enzimatik reaksiyon hızı üzerindeki etkisi
Enzimatik aktivitenin pH'a bağımlılığının grafiği, Şek. 33.
Pirinç. 33. pH'ın enzimatik reaksiyon hızı üzerindeki etkisi
pH-bağımlılık grafiği çan şeklindedir. Enzim aktivitesinin maksimum olduğu pH değerine denir. optimum pH enzim. Çeşitli enzimler için pH optimum değerleri büyük ölçüde değişir.
Enzimatik reaksiyonun pH'a bağımlılığının doğası, bu göstergenin aşağıdakileri etkilemesiyle belirlenir:
a) katalizde yer alan amino asit kalıntılarının iyonlaşması,
b) substratın iyonlaşması,
c) enzimin ve aktif bölgesinin konformasyonu.
enzim inhibisyonu
Enzimatik bir reaksiyonun hızı, adı verilen bir dizi kimyasalın etkisiyle azaltılabilir. inhibitörler. Siyanür gibi bazı inhibitörler insanlar için zehirliyken diğerleri ilaç olarak kullanılır.
İnhibitörler iki ana türe ayrılabilir: geri alınamaz Ve tersine çevrilebilir. Geri dönüşümsüz inhibitörler (I), enzim aktivitesinin restorasyonu ile ayrışması imkansız olan bir kompleks oluşturmak için enzime bağlanır:
Geri döndürülemez bir inhibitörün bir örneği, diizopropilflorofosfattır (DFF). DPP, sinir impuls iletiminde önemli bir rol oynayan asetilkolinesteraz enzimini inhibe eder. Bu inhibitör, enzimin aktif bölgesinin serini ile etkileşerek ikincisinin aktivitesini bloke eder. Sonuç olarak, nöronların sinir hücrelerinin işlemlerinin bir sinir impulsunu iletme yeteneği bozulur. DFF ilk sinir ajanlarından biridir. Buna dayanarak, insanlar ve hayvanlar için nispeten toksik olmayan bir dizi yaratılmıştır. böcek ilaçları - böcekler için zehirli maddeler.
Geri dönüşümlü inhibitörler, geri dönüşümsüz olanlardan farklı olarak, belirli koşullar altında enzimden kolayca ayrılabilir. İkincisinin etkinliği geri yüklenir:
Geri dönüşümlü inhibitörler şunları içerir: rekabetçi Ve rekabetçi olmayan inhibitörler.
Substratın yapısal bir analoğu olan rekabetçi bir inhibitör, enzimin aktif bölgesi ile etkileşime girer ve böylece substratın enzime erişimini bloke eder. Bu durumda inhibitör kimyasal dönüşüme uğramaz ve enzime geri dönüşümlü olarak bağlanır. EI kompleksinin ayrışmasından sonra, enzim ya substrata bağlanabilir ve onu dönüştürebilir ya da inhibitöre dönüştürebilir (Şekil 34.). Hem substrat hem de inhibitör, aktif bölgede bir yer için rekabet ettiğinden, bu inhibisyona rekabetçi denir.
Pirinç. 34. Rekabetçi bir inhibitörün etki mekanizması.
Rekabetçi inhibitörler tıpta kullanılır. Sülfanilamid preparatları daha önce bulaşıcı hastalıklarla mücadelede yaygın olarak kullanılıyordu. Yapısal olarak yakınlar para-aminobenzoik asit(PABA), birçok patojenik bakteri için temel bir büyüme faktörüdür. PABA, bir dizi enzim için bir kofaktör görevi gören bir folik asit öncüsüdür. Sülfanilamid preparatları, PABA'dan folik asit sentezi için enzimlerin rekabetçi bir inhibitörü olarak hareket eder ve böylece patojenik bakterilerin büyümesini ve çoğalmasını engeller.
Rekabetçi olmayan inhibitörler, substrata yapısal olarak benzer değildir ve EI oluşumu sırasında aktif bölge ile değil, enzimin başka bir bölgesi ile etkileşime girerler. Bir inhibitörün bir enzimle etkileşimi, ikincisinin yapısında bir değişikliğe yol açar. EI kompleksinin oluşumu geri dönüşümlüdür, bu nedenle parçalanmasından sonra enzim tekrar substrata saldırabilir (Şekil 35).
Pirinç. 35. Rekabetçi olmayan bir inhibitörün etki mekanizması
CN - siyanür, rekabetçi olmayan bir inhibitör görevi görebilir. Protez gruplarının bir parçası olan metal iyonlarına bağlanır ve bu enzimlerin aktivitesini inhibe eder. Siyanür zehirlenmesi son derece tehlikelidir. Ölümcül olabilirler.
allosterik enzimler
"Allosterik" terimi, Yunanca allo - başka bir stereo - bölüm kelimesinden gelir. Böylece, allosterik enzimler, aktif bölge ile birlikte, adı verilen başka bir merkeze sahiptir. allosterik merkez(Şek. 36). Allosterik merkeze bağlanan enzimlerin aktivitesini değiştirebilen maddeler, bu maddelere denir. allosterik efektörler. Efektörler pozitiftir - enzimi aktive eder ve negatif - inhibe eder, yani. enzim aktivitesini azaltmak. Bazı allosterik enzimler, iki veya daha fazla efektörden etkilenebilir.
Pirinç. 36. Allosterik bir enzimin yapısı.
çoklu enzim sistemlerinin düzenlenmesi
Bazı enzimler, her bir enzimin metabolik yolun belirli bir aşamasını katalize ettiği çoklu enzim sistemlerinde birleşerek uyum içinde hareket eder:
Çoklu enzim sisteminde, tüm reaksiyon dizisinin hızını belirleyen bir enzim vardır. Bu enzim, kural olarak allosteriktir ve matabolik yolun başlangıcında bulunur. Çeşitli sinyaller alarak, katalize edilen reaksiyonun hızını hem artırabilir hem de azaltabilir, böylece tüm sürecin hızını düzenleyebilir.
Bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaktanların doğası, reaktanların konsantrasyonu, sıcaklık ve katalizörlerin varlığı gibi birçok faktöre bağlıdır. Bu faktörleri ele alalım.
1). Reaktanların doğası. İyonik bağlı maddeler arasında bir etkileşim varsa, reaksiyon kovalent bağlı maddeler arasında olduğundan daha hızlı ilerler.
2.) reaktif konsantrasyonu. Kimyasal bir reaksiyonun gerçekleşmesi için, reaktanların moleküllerinin çarpışması gerekir. Yani moleküller, bir parçacığın atomları diğerinin elektrik alanlarının etkisini deneyimleyecek kadar birbirine yaklaşmalıdır. Sadece bu durumda, yeni maddelerin moleküllerinin oluşmasının bir sonucu olarak elektron geçişleri ve atomların karşılık gelen yeniden düzenlemeleri mümkün olacaktır. Bu nedenle, kimyasal reaksiyonların hızı, moleküller arasında meydana gelen çarpışmaların sayısıyla orantılıdır ve çarpışmaların sayısı da reaktanların konsantrasyonuyla orantılıdır. Deneysel materyal temelinde, Norveçli bilim adamları Guldberg ve Waage ve onlardan bağımsız olarak, 1867'de Rus bilim adamı Beketov, kimyasal kinetiğin temel yasasını formüle ettiler - kitle eylemi yasası(ZDM): sabit bir sıcaklıkta, bir kimyasal reaksiyonun hızı, reaktanların konsantrasyonlarının çarpımı ile bunların stokiyometrik katsayılarının gücü ile doğru orantılıdır. Genel durum için:
kitle eylemi yasası şu şekildedir:
Belirli bir reaksiyon için kütle etkisi yasası denir reaksiyonun ana kinetik denklemi. Temel kinetik denklemde k, reaktanların doğasına ve sıcaklığa bağlı olan reaksiyon hızı sabitidir.
Kimyasal reaksiyonların çoğu geri dönüşümlüdür. Bu tür reaksiyonlar sırasında, ürünleri biriktikçe birbirleriyle reaksiyona girerek başlangıç maddelerini oluştururlar:
İleri reaksiyon hızı:
Geri bildirim oranı:
Denge anında:
Buradan, bir denge durumunda hareket eden kütleler yasası şu şekli alacaktır:
burada K, reaksiyonun denge sabitidir.
3) Sıcaklığın reaksiyon hızı üzerindeki etkisi. Kimyasal reaksiyonların hızı, kural olarak, sıcaklık aşıldığında artar. Bunu, hidrojenin oksijenle etkileşimi örneğini kullanarak ele alalım.
2H2 + O2 \u003d 2H2O
20 0 C'de reaksiyon hızı neredeyse sıfırdır ve etkileşimin %15'i geçmesi 54 milyar yıl alacaktır. 500 0 C'de suyun oluşması 50 dakika sürer ve 700 0 C'de reaksiyon anında ilerler.
Reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığı ifade edilir. van't Hoff kuralı: sıcaklıkta yaklaşık 10 derecelik bir artışla, reaksiyon hızı 2 - 4 kat artar. Van't Hoff'un kuralı şöyle yazılır:
4) katalizörlerin etkisi. Kimyasal reaksiyonların hızı aşağıdakilerle kontrol edilebilir: katalizörler- reaksiyon hızını değiştiren ve reaksiyondan sonra değişmeden kalan maddeler. Katalizör varlığında tepkime hızının değişmesine kataliz denir. Ayırt etmek pozitif(reaksiyon hızı artar) ve olumsuz(reaksiyon hızı azalır) kataliz. Bazen reaksiyon sırasında katalizör oluşur, bu tür işlemlere otokatalitik denir. Homojen ve heterojen katalizi ayırt eder.
-de homojen Katalizde, katalizör ve reaktanlar aynı fazdadır. Örneğin:
-de heterojen Katalizde, katalizör ve reaktanlar farklı fazlardadır. Örneğin:
Heterojen kataliz, enzimatik süreçlerle ilişkilidir. Canlı organizmalarda meydana gelen tüm kimyasal işlemler, belirli özel işlevlere sahip proteinler olan enzimler tarafından katalize edilir. Enzimatik süreçlerin yer aldığı çözeltilerde, açıkça tanımlanmış bir faz arayüzünün olmaması nedeniyle tipik bir heterojen ortam yoktur. Bu tür işlemlere mikroheterojen kataliz denir.
Soru 1. Hangi maddelere katalizör denir?
Bir kimyasal tepkimenin hızını değiştiren ve sonunda değişmeden kalan maddelere katalizör denir.
Soru 2. Enzimler hücrede nasıl bir rol oynar?
Enzimler, canlı bir hücrede kimyasal reaksiyonları hızlandıran biyolojik katalizörlerdir. Bazı enzimlerin molekülleri yalnızca proteinlerden oluşur, diğerleri protein ve protein olmayan bileşikleri (organik - koenzim veya inorganik - çeşitli metallerin iyonları) içerir. Enzimler kesinlikle spesifiktir: her enzim, belirli tipte substrat moleküllerinin katıldığı belirli tipte reaksiyonları katalize eder.
Soru 3. Enzimatik reaksiyonların hızı hangi faktörlere bağlı olabilir?
Enzimatik reaksiyonların hızı büyük ölçüde enzimin konsantrasyonuna, maddenin doğasına, sıcaklığa, basınca ve ortamın (asidik veya alkalin) reaksiyonuna bağlıdır.
Çoğu enzim için, belirli koşullar altında, örneğin belirli maddelerin moleküllerinin varlığında, aktif merkezin konfigürasyonu değişir ve bu da onların en yüksek enzimatik aktiviteyi sağlamalarına olanak tanır.
Soru 4. Enzimlerin çoğu katalitik özelliklerini neden yüksek sıcaklıklarda kaybeder?
Ortamın yüksek sıcaklığı, kural olarak, protein denatürasyonuna, yani doğal yapısının ihlaline neden olur. Bu nedenle, yüksek sıcaklıklarda çoğu enzim katalitik özelliklerini kaybeder.
Soru 5. Vitamin eksikliği neden vücudun hayati süreçlerinde rahatsızlıklara neden olabilir?
Birçok vitamin enzimlerin bir parçasıdır. Bu nedenle vücuttaki vitamin eksikliği, hücrelerdeki enzimlerin aktivitesinin zayıflamasına ve dolayısıyla hayati süreçlerde rahatsızlıklara neden olabilir.
1.8. Biyolojik katalizörler
4,3 (%86,15) 52 oyBu sayfa şunu aradı:
- enzimler hücrede hangi rolü oynar
- hangi maddelere katalizör denir
- neden çoğu enzim yüksek sıcaklıkta
- Enzimatik reaksiyonların hızını hangi faktörler etkiler?
- Neden çoğu enzim yüksek sıcaklıklarda özelliklerini kaybeder?
USE kodlayıcısının konuları:Hız reaksiyonu. Çeşitli faktörlere bağımlılığı.
Bir kimyasal reaksiyonun hızı, bir reaksiyonun ne kadar hızlı gerçekleştiğini gösterir. Etkileşim, parçacıklar uzayda çarpıştığında meydana gelir. Bu durumda reaksiyon her çarpışmada değil, ancak parçacıklar uygun enerjiye sahip olduğunda gerçekleşir.
hız reaksiyonu birim zaman başına kimyasal bir dönüşümle sonuçlanan, etkileşen parçacıkların temel çarpışmalarının sayısıdır.
Bir kimyasal reaksiyon hızının belirlenmesi, uygulama koşulları ile ilişkilidir. eğer reaksiyon homojen– yani ürünler ve reaktanlar aynı fazdadır - o zaman bir kimyasal reaksiyonun hızı, birim zamanda maddede meydana gelen değişiklik olarak tanımlanır:
υ = ∆C / ∆t.
Tepkimeye girenler veya ürünler farklı fazlarda ise ve parçacıkların çarpışması sadece arayüzeyde meydana geliyorsa, reaksiyona denir. heterojen ve hızı, reaksiyon yüzeyinin birimi başına birim zamanda madde miktarındaki değişiklikle belirlenir:
υ = Δν / (S Δt).
Parçacıkların daha sık çarpışması nasıl sağlanır, örn. Nasıl kimyasal reaksiyon hızını artırmak?
1. En kolay yol artırmaktır. sıcaklık . Fizik dersinizden muhtemelen bildiğiniz gibi, sıcaklık, madde parçacıklarının hareketinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Sıcaklığı yükseltirsek, herhangi bir maddenin parçacıkları daha hızlı hareket etmeye başlar ve bu nedenle daha sık çarpışır.
Bununla birlikte, artan sıcaklıkla birlikte, etkili çarpışma sayısının artması nedeniyle kimyasal reaksiyonların hızı artar. Sıcaklık yükseldikçe, reaksiyonun enerji bariyerini aşabilen aktif parçacıkların sayısı keskin bir şekilde artar. Sıcaklığı düşürürsek parçacıklar daha yavaş hareket etmeye başlar, aktif parçacık sayısı azalır ve saniyedeki etkili çarpışma sayısı azalır. Böylece, Sıcaklık arttığında, kimyasal reaksiyon hızı artar ve sıcaklık düştüğünde azalır..
Not!
Bu kural, tüm kimyasal reaksiyonlar için (ekzotermik ve endotermik olanlar dahil) aynı şekilde çalışır. Reaksiyon hızı termal etkiye bağlı değildir. Ekzotermik reaksiyonların hızı artan sıcaklıkla artar ve azalan sıcaklıkla azalır. Endotermik reaksiyonların hızı da artan sıcaklıkla artar ve azalan sıcaklıkla azalır.Dahası, 19. yüzyılda Hollandalı fizikçi van't Hoff deneysel olarak, çoğu reaksiyonun sıcaklıktaki 10 ° C'lik artışla yaklaşık olarak aynı oranda (yaklaşık 2-4 kat) arttığını buldu. Van't Hoff'un kuralı geliyor şöyle: sıcaklıktaki 10 ° C'lik bir artış, kimyasal reaksiyon hızında 2-4 kat artışa yol açar (bu değere kimyasal reaksiyon hızının sıcaklık katsayısı γ denir). Sıcaklık katsayısının tam değeri her reaksiyon için belirlenir.
burada v, kimyasal reaksiyonun hızıdır,
CA Ve C B — sırasıyla A ve B maddelerinin konsantrasyonları, mol/l
k orantılılık katsayısı, reaksiyonun hız sabitidir.
Örneğin, amonyak oluşum reaksiyonu için:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Kitle eylemi yasası şöyle görünür:
- Bunlar, kimyasal reaksiyonda yer alan, hızını ve yönünü değiştiren kimyasallardır, ancak harcanamaz reaksiyon sırasında (reaksiyonun sonunda miktar veya bileşim olarak değişmezler). A + B tipi bir reaksiyon için bir katalizörün çalışması için yaklaşık bir mekanizma aşağıdaki gibi gösterilebilir:
A+K=AK
AK + B = AB + K
Bir katalizör ile etkileşime girdiğinde reaksiyon hızını değiştirme işlemine denir. kataliz. Katalizörler, bir reaksiyonun hızını artırmak veya belirli bir yola yönlendirmek gerektiğinde endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.
Katalizörün faz durumuna göre homojen ve heterojen kataliz ayırt edilir.
homojen kataliz - bu, reaktanlar ve katalizörün aynı fazda (gaz, çözelti) olduğu zamandır. Tipik homojen katalizörler asitler ve bazlardır. organik aminler vb.
heterojen kataliz - bu, reaktanlar ve katalizörün farklı fazlarda olduğu zamandır. Kural olarak, heterojen katalizörler katıdır. Çünkü Bu tür katalizörlerde etkileşim sadece maddenin yüzeyinde gerçekleşir, katalizörler için önemli bir gereklilik geniş bir yüzey alanıdır. Heterojen katalizörler, katalizörün yüzey alanını artıran yüksek gözeneklilik ile karakterize edilir. Böylece bazı katalizörlerin toplam yüzey alanı bazen 1 g katalizör başına 500 metrekareye ulaşıyor. Geniş alan ve gözeneklilik, reaktiflerle verimli etkileşim sağlar. Heterojen katalizörler arasında metaller, zeolitler - alüminosilikat grubunun kristal mineralleri (silikon ve alüminyum bileşikleri) ve diğerleri bulunur.
Örnek heterojen kataliz - amonyak sentezi:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Al 2 O 3 ve K 2 O safsızlıkları olan gözenekli demir katalizör olarak kullanılır.
Katalizörün kendisi kimyasal reaksiyon sırasında tüketilmez, ancak katalizörün yüzeyinde katalizörün aktif merkezlerini bağlayan ve çalışmasını engelleyen diğer maddeler birikir ( katalitik zehirler). Katalizörü yenileyerek düzenli olarak çıkarılmaları gerekir.
Katalizörler biyokimyasal reaksiyonlarda çok etkilidir. enzimler. Enzimatik katalizörler, %100'lük bir seçicilik ile oldukça verimli ve seçici bir şekilde hareket eder. Ne yazık ki, enzimler sıcaklık artışına, orta asitliğe ve diğer faktörlere karşı çok hassastır; bu nedenle, enzimatik katalizli proseslerin endüstriyel ölçekte uygulanması için bir takım sınırlamalar vardır.
Katalizörler ile karıştırılmamalıdır. başlatıcılar süreç ve inhibitörler. Örneğin, metan klorlamanın radikal bir reaksiyonunu başlatmak için ultraviyole ışınlama gereklidir. Bu bir katalizör değil. Bazı radikal reaksiyonlar peroksit radikalleri tarafından başlatılır. Ayrıca katalizör de değillerdir.
inhibitörler kimyasal reaksiyonları yavaşlatan maddelerdir. İnhibitörler tüketilebilir ve kimyasal bir reaksiyona katılabilir. Bu durumda, inhibitörler katalizör değildir, bunun tersi de geçerlidir. Prensipte ters kataliz imkansızdır - reaksiyon her durumda en hızlı yolu izlemeye çalışacaktır.
5. Reaktanların temas alanı. Heterojen reaksiyonlar için, etkin çarpışma sayısını artırmanın bir yolu, reaksiyon yüzey alanı . Reaksiyona giren fazların temas yüzey alanı ne kadar büyük olursa, heterojen kimyasal reaksiyon hızı o kadar artar. Toz haline getirilmiş çinko, asitte aynı kütleye sahip granüler çinkodan çok daha hızlı çözünür.
Endüstride, reaktanların temas yüzeyinin alanını arttırmak için kullanırlar. akışkan yatak yöntemi. Örneğin, Kaynayan tabaka yöntemi ile sülfürik asit üretiminde pirit kavrulur.
6. Reaktanların doğası . Diğer şeyler eşit olmak kaydıyla, kimyasal reaksiyonların hızı da kimyasal özelliklerden etkilenir, yani. reaktanların doğası. Daha az aktif maddeler daha yüksek bir aktivasyon bariyerine sahip olacak ve daha aktif maddelerden daha yavaş reaksiyona girecektir. Daha aktif maddeler daha düşük aktivasyon enerjisine sahiptir ve çok daha kolaydır ve kimyasal reaksiyonlara girme olasılığı daha yüksektir.
Düşük aktivasyon enerjilerinde (40 kJ/mol'den az), reaksiyon çok hızlı ve kolay bir şekilde ilerler. Parçacıklar arasındaki çarpışmaların önemli bir kısmı kimyasal bir dönüşümle son bulur. Örneğin, iyon değiştirme reaksiyonları normal koşullar altında çok hızlı gerçekleşir.
Yüksek aktivasyon enerjilerinde (120 kJ/mol'den fazla), yalnızca az sayıda çarpışma kimyasal bir dönüşümle sonuçlanır. Bu tür reaksiyonların oranı önemsizdir. Örneğin, nitrojen pratik olarak normal koşullar altında oksijen ile etkileşime girmez.
Orta aktivasyon enerjilerinde (40 ila 120 kJ/mol), reaksiyon hızı ortalama olacaktır. Bu tür reaksiyonlar normal koşullar altında da ilerler, ancak çok hızlı değil, dolayısıyla çıplak gözle gözlemlenebilirler. Bu reaksiyonlar, sodyumun su ile etkileşimini, demirin hidroklorik asit ile etkileşimini vb. içerir.
Normal koşullar altında kararlı olan maddeler, yüksek aktivasyon enerjilerine sahip olma eğilimindedir.