Kimyoviy o'zgarishlarning mexanizmlari va ularning tezligi kimyoviy kinetika bilan o'rganiladi. Kimyoviy jarayonlar vaqt o'tishi bilan har xil tezlikda boradi. Ba'zilar tezda, deyarli bir zumda sodir bo'ladi, boshqalari esa juda uzoq vaqtni oladi.
Bilan aloqada
Tezlik reaktsiyasi- reagentlar iste'mol qilish tezligi (ularning konsentratsiyasi pasayadi) yoki reaktsiya mahsulotlarining birlik hajmida hosil bo'lishi.
Kimyoviy reaksiya tezligiga ta'sir etuvchi omillar
Quyidagi omillar kimyoviy o'zaro ta'sirning qanchalik tez sodir bo'lishiga ta'sir qilishi mumkin:
- moddalarning konsentratsiyasi;
- reagentlarning tabiati;
- harorat;
- katalizator mavjudligi;
- bosim (gazsimon muhitdagi reaktsiyalar uchun).
Shunday qilib, kimyoviy jarayonning borishi uchun ma'lum shartlarni o'zgartirish orqali jarayonning qanchalik tez davom etishiga ta'sir qilish mumkin.
Kimyoviy o'zaro ta'sir jarayonida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning zarralari bir-biri bilan to'qnashadi. Bunday tasodiflar soni reaksiyaga kirishuvchi aralashmaning hajmidagi moddalar zarrachalari soniga proportsional va shuning uchun reagentlarning molyar konsentrasiyalariga proportsionaldir.
Harakat qiluvchi massalar qonuni reaksiya tezligining reaksiyaga kirishuvchi moddalarning molyar konsentrasiyalariga bog‘liqligini tavsiflaydi.
Elementar reaksiya uchun (A + B → ...) bu qonun quyidagi formula bilan ifodalanadi:
y \u003d k ∙S A ∙S B,
bu yerda k - tezlik konstantasi; C A va C B - reaksiyaga kirishuvchi moddalarning molyar konsentratsiyasi, A va B.
Agar reaksiyaga kirishuvchi moddalardan biri qattiq holatda bo'lsa, u holda o'zaro ta'sir fazalar chegarasida sodir bo'ladi va shuning uchun qattiq moddaning konsentratsiyasi ta'sir qiluvchi massalarning kinetik qonuni tenglamasiga kiritilmaydi. Tezlik konstantasining fizik ma'nosini tushunish uchun 1 ga teng C, A va C B ni olish kerak. Shunda ma'lum bo'ladiki, tezlik konstantasi reagent konsentratsiyasi birlikka teng bo'lgan reaksiya tezligiga teng.
Reaktivlarning tabiati
O'zaro ta'sir qilish jarayonida reaksiyaga kirishuvchi moddalarning kimyoviy bog'lari vayron bo'lganligi va reaktsiya mahsulotlarining yangi bog'lari hosil bo'lganligi sababli, birikmalarning reaktsiyasida ishtirok etuvchi bog'larning tabiati va reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalarining tuzilishi muhim rol o'ynaydi. muhim rol.
Reagentlar bilan aloqa qilishning sirt maydoni
Qattiq reagentlar bilan aloqa qilishning sirt maydoni kabi xarakteristikalar, ba'zan juda sezilarli darajada, reaktsiyaning borishiga ta'sir qiladi. Qattiq jismni maydalash reagentlarning aloqa yuzasini ko'paytirishga imkon beradi va shuning uchun jarayonni tezlashtiradi. Erigan moddalarning aloqa qilish maydoni moddaning erishi bilan osonlik bilan ortadi.
Reaktsiya harorati
Haroratning oshishi bilan to'qnashuvchi zarrachalarning energiyasi ortadi, harorat oshishi bilan kimyoviy jarayonning o'zi tezlashishi aniq. Haroratning oshishi moddalarning o'zaro ta'sir qilish jarayoniga qanday ta'sir qilishiga aniq misol sifatida jadvalda keltirilgan ma'lumotlar ko'rib chiqilishi mumkin.
1-jadval. Suv hosil bo'lish tezligiga harorat o'zgarishining ta'siri (O 2 +2N 2 →2N 2 O)
Haroratning moddalarning o'zaro ta'sir qilish tezligiga qanday ta'sir qilishini miqdoriy tavsiflash uchun Van't-Xoff qoidasi qo'llaniladi. Vant Xoff qoidasi shundaki, harorat 10 gradusga ko'tarilganda 2-4 marta tezlanish bo'ladi.
Vant-Xoff qoidasini tavsiflovchi matematik formula quyidagicha:
Bu yerda g kimyoviy reaksiya tezligining harorat koeffitsienti (g = 2−4).
Ammo Arrhenius tenglamasi tezlik konstantasining haroratga bog'liqligini ancha aniqroq tavsiflaydi:
Bu erda R universal gaz konstantasi, A - reaksiya turi bilan belgilanadigan omil, E, A - aktivlanish energiyasi.
Faollashuv energiyasi - bu kimyoviy o'zgarishlar sodir bo'lishi uchun molekula olishi kerak bo'lgan energiya. Ya'ni, bu energiya to'sig'ining bir turi bo'lib, aloqalarni qayta taqsimlash uchun reaktsiya hajmida to'qnashadigan molekulalar tomonidan engib o'tish kerak bo'ladi.
Faollanish energiyasi tashqi omillarga bog'liq emas, balki moddaning tabiatiga bog'liq. 40-50 kJ / mol gacha bo'lgan faollashtirish energiyasining qiymati moddalarning bir-biri bilan faol reaksiyaga kirishishiga imkon beradi. Faollashtirish energiyasi 120 kJ/mol dan oshsa, keyin moddalar (oddiy haroratda) juda sekin reaksiyaga kirishadi. Haroratning o'zgarishi faol molekulalar sonining o'zgarishiga olib keladi, ya'ni faollashuv energiyasidan kattaroq energiyaga erishgan va shuning uchun kimyoviy o'zgarishlarga qodir bo'lgan molekulalar.
Katalizator harakati
Katalizator - bu jarayonni tezlashtiradigan, lekin uning mahsulotlari tarkibiga kirmaydigan modda. Kataliz (kimyoviy o'zgarish jarayonining tezlashishi) · bir jinsli, · geterogenga bo'linadi. Agar reaksiyaga kirishuvchi moddalar va katalizator bir xil agregatsiya holatida bo'lsa, kataliz bir jinsli, agar turli holatda bo'lsa, geterogen deyiladi. Katalizatorlarning ta'sir qilish mexanizmlari xilma-xil va ancha murakkab. Bundan tashqari, katalizatorlar ta'sirning selektivligi bilan ajralib turishini ta'kidlash kerak. Ya'ni, bir reaksiyani tezlashtiradigan bir xil katalizator boshqasining tezligini hech qanday tarzda o'zgartira olmaydi.
Bosim
Agar transformatsiyada gazsimon moddalar ishtirok etsa, u holda jarayon tezligi tizimdagi bosimning o'zgarishiga ta'sir qiladi. . Bu sodir bo'ladi, chunki gazsimon reaktivlar uchun bosimning o'zgarishi konsentratsiyaning o'zgarishiga olib keladi.
Kimyoviy reaksiya tezligini eksperimental aniqlash
Reaksiyaga kirishuvchi moddalar yoki mahsulotlar konsentratsiyasining vaqt birligida qanday o‘zgarishi haqidagi ma’lumotlarni olish orqali kimyoviy o‘zgarish tezligini tajriba yo‘li bilan aniqlash mumkin. Bunday ma'lumotlarni olish usullari quyidagilarga bo'linadi
- kimyoviy,
- fizik va kimyoviy.
Kimyoviy usullar juda oddiy, arzon va aniq. Ularning yordami bilan tezlik reaktivlar yoki mahsulotlarning kontsentratsiyasini yoki miqdorini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash orqali aniqlanadi. Sekin reaktsiya bo'lsa, reagent qanday iste'mol qilinishini kuzatish uchun namunalar olinadi. Shundan so'ng, namunadagi reaktivning tarkibi aniqlanadi. Muntazam vaqt oralig'ida namuna olish orqali o'zaro ta'sir paytida moddaning miqdori o'zgarishi haqida ma'lumot olish mumkin. Analizning eng ko'p qo'llaniladigan turlari titrimetriya va gravimetriyadir.
Agar reaktsiya tez davom etsa, namuna olish uchun uni to'xtatish kerak. Buni sovutish orqali amalga oshirish mumkin katalizatorni keskin olib tashlash, reaktivlardan birini suyultirish yoki reaktiv bo'lmagan holatga o'tkazish ham mumkin.
Zamonaviy eksperimental kinetikada fizik-kimyoviy tahlil usullari kimyoviy usullarga qaraganda ko'proq qo'llaniladi. Ularning yordami bilan siz real vaqtda moddalar kontsentratsiyasining o'zgarishini kuzatishingiz mumkin. Reaksiyani to'xtatish va namunalar olishning hojati yo'q.
Fizikaviy-kimyoviy usullar tizimdagi ma'lum birikmaning miqdoriy tarkibiga bog'liq bo'lgan va vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan fizik xususiyatni o'lchashga asoslangan. Misol uchun, agar reaksiyada gazlar ishtirok etsa, unda bosim shunday xususiyat bo'lishi mumkin. Shuningdek, moddalarning elektr o'tkazuvchanligi, sindirish ko'rsatkichi va yutilish spektrlari o'lchanadi.
§ 12. ENZİMATIV REAKSIYALARNING KİNETIKASI
Enzimatik reaksiyalarning kinetikasi - bu fermentativ reaksiyalar tezligi, ularning turli omillarga bog'liqligi haqidagi fan. Enzimatik reaksiya tezligi reaksiyaga kirgan substratning kimyoviy miqdori yoki ma'lum sharoitlarda birlik hajmdagi vaqt birligida hosil bo'lgan reaksiya mahsuloti bilan belgilanadi:
Bu erda v - fermentativ reaksiya tezligi, substrat yoki reaksiya mahsuloti konsentratsiyasining o'zgarishi, t - vaqt.
Enzimatik reaksiyaning tezligi fermentning tabiatiga bog'liq bo'lib, uning faolligini belgilaydi. Fermentning faolligi qanchalik yuqori bo'lsa, reaktsiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Fermentning faolligi ferment tomonidan katalizlanadigan reaktsiya tezligi bilan belgilanadi. Ferment faolligining o'lchovi ferment faolligining standart birligidir. Ferment faolligining standart birligi 1 daqiqada 1 mikromol substratning konversiyasini katalizlovchi ferment miqdoridir.
Enzimatik reaktsiya jarayonida ferment (E) substrat (S) bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada ferment-substrat kompleksi hosil bo'ladi, so'ngra ferment va reaktsiya mahsuloti (P) ajralib chiqishi bilan parchalanadi:
Enzimatik reaktsiyaning tezligi ko'plab omillarga bog'liq: substrat va ferment konsentratsiyasi, harorat, muhitning pH darajasi, fermentlarning faolligini oshirishi yoki kamaytirishi mumkin bo'lgan turli xil tartibga soluvchi moddalar mavjudligi.
Bilish qiziq! Fermentlar tibbiyotda turli kasalliklarni aniqlash uchun ishlatiladi. Miokard infarktida yurak mushagining qondagi shikastlanishi va parchalanishi tufayli aspartat-transferaza va alanin aminotransferaza fermentlarining tarkibi keskin ortadi. Ularning faoliyatini aniqlash ushbu kasallikni tashxislash imkonini beradi.
Substrat va ferment kontsentratsiyasining fermentativ reaksiya tezligiga ta'siri
Substrat konsentratsiyasining fermentativ reaktsiya tezligiga ta'sirini ko'rib chiqing (30-rasm). Past substrat kontsentratsiyasida tezlik uning konsentratsiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi; keyin kontsentratsiyaning oshishi bilan reaksiya tezligi sekinroq oshadi va juda yuqori substrat konsentratsiyasida tezlik uning konsentratsiyasidan deyarli mustaqil bo'ladi va maksimal qiymatga etadi (Vmax) . Bunday substrat kontsentratsiyasida barcha ferment molekulalari ferment-substrat kompleksining bir qismi bo'lib, fermentning faol markazlarining to'liq to'yinganligiga erishiladi, shuning uchun bu holda reaktsiya tezligi deyarli substrat konsentratsiyasiga bog'liq emas.
Guruch. 30. Enzimatik reaksiya tezligining substrat konsentratsiyasiga bog'liqligi
Ferment faolligining substrat kontsentratsiyasiga bog'liqligi grafigi Michaelis-Menten tenglamasi bilan tasvirlangan bo'lib, u o'z nomini tadqiqotga katta hissa qo'shgan atoqli olimlar L.Michaelis va M.Menten sharafiga olgan. fermentativ reaktsiyalar kinetikasi;
bu yerda v - fermentativ reaksiya tezligi; [S] - substrat konsentratsiyasi; K M - Michaelis doimiysi.
Keling, Michaelis doimiysining jismoniy ma'nosini ko'rib chiqaylik. v = ½ V max bo'lishi sharti bilan biz K M = [S] ni olamiz. Shunday qilib, Michaelis konstantasi substrat konsentratsiyasiga teng bo'lib, reaksiya tezligi maksimalning yarmiga teng.
Enzimatik reaksiyaning tezligi ferment konsentratsiyasiga ham bog'liq (31-rasm). Bu munosabatlar chiziqli.
Guruch. 31. Enzimatik reaksiya tezligining ferment konsentratsiyasiga bog'liqligi
Haroratning fermentativ reaksiya tezligiga ta'siri
Fermentativ reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi shaklda ko'rsatilgan. 32.
Guruch. 32. Fermentativ reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi.
Past haroratlarda (taxminan 40 - 50 ° C gacha), Van't Hoff qoidasiga muvofiq, har 10 ° C uchun haroratning oshishi kimyoviy reaktsiya tezligining 2 - 4 ga oshishi bilan birga keladi. marta. 55 - 60 ° C dan yuqori haroratlarda fermentning faolligi uning termal denaturatsiyasi tufayli keskin pasayadi va buning natijasida fermentativ reaktsiya tezligining keskin pasayishi kuzatiladi. Fermentlarning maksimal faolligi odatda 40 - 60 o S oralig'ida kuzatiladi. Fermentning faolligi maksimal bo'lgan harorat optimal harorat deb ataladi. Termofil mikroorganizmlar fermentlarining optimal harorati yuqori haroratlar mintaqasida.
PH ning fermentativ reaksiya tezligiga ta'siri
Fermentativ faollikning pH ga bog'liqligi grafigi rasmda ko'rsatilgan. 33.
Guruch. 33. PH ning fermentativ reaksiya tezligiga ta'siri
PH ga bog'liqlik grafigi qo'ng'iroq shaklida. Fermentning faolligi maksimal bo'lgan pH qiymati deyiladi pH optimal ferment. Turli fermentlar uchun optimal pH qiymatlari juda katta farq qiladi.
Enzimatik reaktsiyaning pH ga bog'liqligi tabiati ushbu ko'rsatkichga ta'sir qilishi bilan belgilanadi:
a) katalizda ishtirok etadigan aminokislotalar qoldiqlarining ionlanishi;
b) substratning ionlanishi;
v) fermentning konformatsiyasi va uning faol joyi.
Ferment inhibisyonu
Enzimatik reaksiya tezligi bir qator kimyoviy moddalar ta'sirida kamayishi mumkin ingibitorlar. Ba'zi inhibitorlar odamlar uchun zaharli, masalan, siyanidlar, boshqalari esa dori sifatida ishlatiladi.
Inhibitorlarni ikkita asosiy turga bo'lish mumkin: qaytarilmas Va qaytariladigan. Qaytarib bo'lmaydigan ingibitorlar (I) ferment bilan bog'lanib, ferment faolligini tiklash bilan ajralishi mumkin bo'lmagan kompleks hosil qiladi:
Qaytarib bo'lmaydigan inhibitorga diizopropilflorofosfat (DFF) misol bo'la oladi. DPP nerv impulslarini uzatishda muhim rol o'ynaydigan asetilkolinesteraza fermentini inhibe qiladi. Ushbu inhibitor fermentning faol joyining serinlari bilan o'zaro ta'sir qiladi va shu bilan ikkinchisining faolligini bloklaydi. Natijada neyronlarning nerv hujayralari jarayonlarining nerv impulsini o'tkazish qobiliyati buziladi. DFF birinchi nerv agentlaridan biridir. Uning asosida odamlar va hayvonlar uchun nisbatan zaharli bo'lmagan bir qator yaratilgan. insektitsidlar - hasharotlar uchun zaharli moddalar.
Qaytariladigan ingibitorlar, qaytarilmaydiganlardan farqli o'laroq, ma'lum sharoitlarda fermentdan osongina ajratilishi mumkin. Ikkinchisining faoliyati tiklanadi:
Qaytariladigan inhibitorlar kiradi raqobatbardosh Va raqobatdosh bo'lmagan ingibitorlar.
Raqobatbardosh inhibitor, substratning tarkibiy analogi bo'lib, fermentning faol joyi bilan o'zaro ta'sir qiladi va shu bilan substratning fermentga kirishini bloklaydi. Bunday holda, inhibitor kimyoviy transformatsiyalarga uchramaydi va ferment bilan teskari bog'lanadi. EI kompleksining dissotsiatsiyasidan so'ng ferment yoki substrat bilan bog'lanishi va uni o'zgartirishi mumkin, yoki inhibitorga (34-rasm). Substrat ham, inhibitor ham faol joyda joy olish uchun raqobatlashayotganligi sababli, bu inhibisyon raqobatbardosh deb ataladi.
Guruch. 34. Raqobat ingibitorining ta'sir mexanizmi.
Tibbiyotda raqobatbardosh inhibitorlar qo'llaniladi. Sulfanilamid preparatlari ilgari yuqumli kasalliklarga qarshi kurashda keng qo'llanilgan. Ular strukturaviy jihatdan yaqin para-aminobenzoy kislotasi(PABA), ko'plab patogen bakteriyalar uchun muhim o'sish omili. PABA foliy kislotasining kashshofi bo'lib, bir qator fermentlar uchun kofaktor bo'lib xizmat qiladi. Sulfanilamid preparatlari PABA dan foliy kislotasini sintez qilish uchun fermentlarning raqobatbardosh inhibitori sifatida ishlaydi va shu bilan patogen bakteriyalarning o'sishi va ko'payishini inhibe qiladi.
Raqobatbardosh bo'lmagan ingibitorlar struktura jihatidan substratga o'xshamaydi va EI hosil bo'lganda ular faol joy bilan emas, balki fermentning boshqa joyi bilan o'zaro ta'sir qiladi. Inhibitorning ferment bilan o'zaro ta'siri ikkinchisining tuzilishining o'zgarishiga olib keladi. EI kompleksining shakllanishi teskari bo'ladi, shuning uchun uning parchalanishidan keyin ferment yana substratga hujum qila oladi (35-rasm).
Guruch. 35. Raqobatdosh bo'lmagan ingibitorning ta'sir qilish mexanizmi
CN - siyanid raqobatbardosh bo'lmagan inhibitor sifatida harakat qilishi mumkin. U prostetik guruhlarning bir qismi bo'lgan metall ionlari bilan bog'lanadi va bu fermentlarning faolligini inhibe qiladi. Sianid bilan zaharlanish juda xavflidir. Ular halokatli bo'lishi mumkin.
Allosterik fermentlar
"Allosterik" atamasi yunoncha allo - boshqa, stereo - maydon so'zlaridan kelib chiqqan. Shunday qilib, allosterik fermentlar faol joy bilan birga boshqa markazga ega allosterik markaz(36-rasm). Fermentlarning faolligini o'zgartirishga qodir bo'lgan moddalar allosterik markazga bog'lanadi, bu moddalar deyiladi. allosterik effektorlar. Effektorlar ijobiy - fermentni faollashtiradigan va salbiy - inhibitor, ya'ni. ferment faolligini kamaytirish. Ba'zi allosterik fermentlarga ikki yoki undan ortiq effektorlar ta'sir qilishi mumkin.
Guruch. 36. Allosterik fermentning tuzilishi.
Ko'p fermentli tizimlarni tartibga solish
Ba'zi fermentlar birgalikda harakat qilib, ko'p fermentli tizimlarga birlashadilar, bunda har bir ferment metabolik yo'lning ma'lum bir bosqichini katalizlaydi:
Ko'p fermentli tizimda butun reaktsiya ketma-ketligi tezligini aniqlaydigan ferment mavjud. Bu ferment, qoida tariqasida, allosterik bo'lib, matabolik yo'lning boshida joylashgan. U turli xil signallarni qabul qilib, katalizlangan reaktsiya tezligini oshirishga va kamaytirishga va shu bilan butun jarayon tezligini tartibga solishga qodir.
Kimyoviy reaksiya tezligi ko'pgina omillarga, jumladan, reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga, reaktivlarning konsentratsiyasiga, haroratga va katalizatorlarning mavjudligiga bog'liq. Keling, ushbu omillarni ko'rib chiqaylik.
1). Reaktivlarning tabiati. Agar ionli bog'lanishga ega bo'lgan moddalar o'rtasida o'zaro ta'sir mavjud bo'lsa, u holda reaktsiya kovalent bog'li moddalarga qaraganda tezroq ketadi.
2.) Reaktiv kontsentratsiyasi. Kimyoviy reaksiya sodir bo'lishi uchun reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalari to'qnashishi kerak. Ya'ni, molekulalar bir-biriga shunchalik yaqin bo'lishi kerakki, bir zarraning atomlari ikkinchisining elektr maydonlarining ta'sirini boshdan kechiradi. Faqat bu holatda elektronlarning o'tishlari va atomlarning mos ravishda qayta joylashishi mumkin bo'ladi, buning natijasida yangi moddalar molekulalari hosil bo'ladi. Shunday qilib, kimyoviy reaksiyalarning tezligi molekulalar o'rtasida sodir bo'ladigan to'qnashuvlar soniga, to'qnashuvlar soni esa, o'z navbatida, reaktivlarning konsentratsiyasiga proportsionaldir. Eksperimental material asosida norvegiyalik olimlar Guldberg va Vaage va ulardan mustaqil ravishda rus olimi Beketov 1867 yilda kimyoviy kinetikaning asosiy qonunini tuzdilar. ommaviy harakatlar qonuni(ZDM): doimiy haroratda kimyoviy reaksiya tezligi reaktivlar kontsentratsiyasining ularning stexiometrik koeffitsientlari kuchiga mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Umumiy holat uchun:
Ommaviy ta'sir qonuni quyidagi ko'rinishga ega:
Berilgan reaksiya uchun massa ta'sir qonuni deyiladi reaksiyaning asosiy kinetik tenglamasi. Asosiy kinetik tenglamada k - reaksiya tezligi konstantasi, bu reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiatiga va haroratga bog'liq.
Ko'pgina kimyoviy reaktsiyalar teskari bo'ladi. Bunday reaktsiyalar jarayonida ularning mahsulotlari to'planib, bir-biri bilan reaksiyaga kirishib, boshlang'ich moddalarni hosil qiladi:
Oldinga reaktsiya tezligi:
Fikr-mulohaza darajasi:
Muvozanat vaqtida:
Bu erdan muvozanat holatidagi harakatlanuvchi massalar qonuni quyidagi shaklni oladi:
bu yerda K - reaksiyaning muvozanat konstantasi.
3) Reaksiya tezligiga haroratning ta'siri. Kimyoviy reaktsiyalar tezligi, qoida tariqasida, harorat oshib ketganda ortadi. Keling, buni vodorodning kislorod bilan o'zaro ta'siri misolida ko'rib chiqaylik.
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O
20 0 S haroratda reaktsiya tezligi deyarli nolga teng va o'zaro ta'sirning 15% ga o'tishi uchun 54 milliard yil kerak bo'ladi. 500 0 S da suv hosil qilish uchun 50 minut vaqt ketadi, 700 0 S da reaksiya bir zumda davom etadi.
Reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi ifodalangan Van't Xoff qoidasi: haroratning 10 ga oshishi bilan reaksiya tezligi taxminan 2 - 4 marta oshadi. Van't Xoff qoidasi shunday yozilgan:
4) Katalizatorlarning ta'siri. Kimyoviy reaktsiyalar tezligini nazorat qilish mumkin katalizatorlar- reaksiya tezligini o'zgartiruvchi va reaksiyadan keyin o'zgarishsiz qoladigan moddalar. Katalizator ishtirokida reaksiya tezligining o'zgarishi kataliz deyiladi. Farqlash ijobiy(reaktsiya tezligi ortadi) va salbiy(reaktsiya tezligi pasayadi) kataliz. Ba'zan reaksiya jarayonida katalizator hosil bo'ladi, bunday jarayonlar avtokatalitik deb ataladi. Gomogen va geterogen katalizni farqlang.
Da bir hil Katalizda katalizator va reaktivlar bir fazada bo'ladi. Masalan:
Da heterojen Katalizda katalizator va reaktivlar turli fazalarda bo'ladi. Masalan:
Geterogen kataliz fermentativ jarayonlar bilan bog'liq. Tirik organizmlarda sodir bo'ladigan barcha kimyoviy jarayonlar ma'lum maxsus funktsiyalarga ega bo'lgan oqsillar bo'lgan fermentlar tomonidan katalizlanadi. Enzimatik jarayonlar sodir bo'lgan eritmalarda aniq belgilangan faza interfeysi yo'qligi sababli tipik heterojen muhit mavjud emas. Bunday jarayonlar mikrogeterogen kataliz deb ataladi.
Savol 1. Qanday moddalar katalizatorlar deb ataladi?
Kimyoviy reaksiya tezligini o'zgartiruvchi va uning oxirida o'zgarishsiz qoladigan moddalar katalizatorlar deyiladi.
Savol 2. Fermentlar hujayrada qanday rol o'ynaydi?
Fermentlar tirik hujayradagi kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtiradigan biologik katalizatorlardir. Ba'zi fermentlarning molekulalari faqat oqsillardan iborat bo'lsa, boshqalarga oqsil va oqsil bo'lmagan birikmalar (organik - koenzim yoki noorganik - turli metallarning ionlari) kiradi. Fermentlar qat'iy o'ziga xosdir: har bir ferment ma'lum turdagi substrat molekulalari ishtirok etadigan ma'lum turdagi reaktsiyalarni katalizlaydi.
Savol 3. Fermentativ reaksiyalar tezligi qanday omillarga bog'liq bo'lishi mumkin?
Enzimatik reaktsiyalarning tezligi ko'p jihatdan ferment konsentratsiyasiga, moddaning tabiatiga, haroratga, bosimga va muhitning reaktsiyasiga (kislotali yoki ishqoriy) bog'liq.
Ko'pgina fermentlar uchun, ma'lum sharoitlarda, masalan, ma'lum moddalarning molekulalari ishtirokida, faol markazning konfiguratsiyasi o'zgaradi, bu ularga eng katta fermentativ faollikni ta'minlash imkonini beradi.
Savol 4. Nima uchun ko'pchilik fermentlar yuqori haroratlarda katalitik xususiyatlarini yo'qotadi?
Atrof muhitning yuqori harorati, qoida tariqasida, oqsil denatüratsiyasini, ya'ni uning tabiiy tuzilishini buzilishini keltirib chiqaradi. Shuning uchun yuqori haroratlarda ko'pchilik fermentlar katalitik xususiyatlarini yo'qotadi.
Savol 5. Nima uchun vitaminlar etishmasligi tananing hayotiy jarayonlarida buzilishlarga olib kelishi mumkin?
Ko'pgina vitaminlar fermentlarning bir qismidir. Shuning uchun organizmda vitaminlar etishmasligi hujayralardagi fermentlar faolligining zaiflashishiga olib keladi va shuning uchun hayotiy jarayonlarning buzilishiga olib kelishi mumkin.
1.8. Biologik katalizatorlar
4,3 (86,15%) 52 ovozBu sahifa qidirilgan:
- fermentlar hujayrada qanday rol o'ynaydi
- qanday moddalar katalizatorlar deyiladi
- nima uchun ko'pchilik fermentlar yuqori haroratda
- Enzimatik reaktsiyalar tezligiga qanday omillar ta'sir qiladi?
- Nima uchun ko'pchilik fermentlar yuqori haroratda o'z xususiyatlarini yo'qotadi?
USE kodifikatorining mavzulari:Tezlik reaktsiyasi. Uning turli omillarga bog'liqligi.
Kimyoviy reaksiya tezligi reaksiya qanchalik tez sodir bo'lishini ko'rsatadi. O'zaro ta'sir zarralar kosmosda to'qnashganda sodir bo'ladi. Bunday holda, reaksiya har bir to'qnashuvda emas, balki zarralar tegishli energiyaga ega bo'lganda sodir bo'ladi.
Tezlik reaktsiyasi - vaqt birligida kimyoviy o'zgarish bilan tugaydigan o'zaro ta'sir qiluvchi zarrachalarning elementar to'qnashuvlari soni.
Kimyoviy reaksiya tezligini aniqlash uni amalga oshirish shartlari bilan bog'liq. Agar reaktsiya bo'lsa bir hil- ya'ni. Mahsulotlar va reaktivlar bir xil fazada bo'lsa, kimyoviy reaktsiya tezligi moddaning vaqt birligidagi o'zgarishi sifatida aniqlanadi:
y = ∆C / ∆t.
Agar reaktivlar yoki mahsulotlar turli fazalarda bo'lsa va zarrachalarning to'qnashuvi faqat interfeysda sodir bo'lsa, u holda reaksiya deyiladi. heterojen, va uning tezligi reaksiya yuzasi birligi uchun vaqt birligidagi modda miqdorining o'zgarishi bilan aniqlanadi:
y = D / (S Dt).
Qanday qilib zarrachalar tez-tez to'qnashadi, ya'ni. Qanaqasiga kimyoviy reaksiya tezligini oshirish?
1. Eng oson yo'li - ko'paytirish harorat . Fizika kursidan ma'lumki, harorat materiya zarralari harakatining o'rtacha kinetik energiyasining o'lchovidir. Agar biz haroratni oshirsak, u holda har qanday moddaning zarralari tezroq harakatlana boshlaydi va shuning uchun tez-tez to'qnashadi.
Biroq, harorat oshishi bilan kimyoviy reaktsiyalar tezligi, asosan, samarali to'qnashuvlar soni ortib borishi sababli ortadi. Haroratning ko'tarilishi bilan reaksiyaning energiya to'sig'ini yengib o'ta oladigan faol zarrachalar soni keskin ortadi. Agar haroratni pasaytirsak, zarralar sekinroq harakat qila boshlaydi, faol zarralar soni kamayadi va soniyada samarali to'qnashuvlar soni kamayadi. Shunday qilib, Harorat ko'tarilganda kimyoviy reaksiya tezligi oshadi, harorat pasayganda esa kamayadi..
Eslatma!
Bu qoida barcha kimyoviy reaktsiyalar (shu jumladan ekzotermik va endotermik) uchun bir xil ishlaydi. Reaktsiya tezligi termal effektga bog'liq emas. Ekzotermik reaksiyalar tezligi harorat oshishi bilan ortadi va haroratning pasayishi bilan kamayadi. Endotermik reaksiyalar tezligi ham harorat oshishi bilan ortadi, haroratning pasayishi bilan kamayadi.Bundan tashqari, 19-asrda golland fizigi Van't Xoff eksperimental ravishda ko'pchilik reaktsiyalar haroratning 10 ° C ga ko'tarilishi bilan taxminan bir xil tezlikda (taxminan 2-4 marta) ortishini aniqladi. Van't Xoff qoidasi yangraydi. shunga o'xshash: haroratning 10 ° C ga oshishi kimyoviy reaktsiya tezligining 2-4 marta oshishiga olib keladi (bu qiymat kimyoviy reaktsiya tezligining harorat koeffitsienti g deb ataladi). Har bir reaksiya uchun harorat koeffitsientining aniq qiymati aniqlanadi.
bu yerda v kimyoviy reaksiya tezligi,
C A Va C B — mos ravishda A va B moddalarining konsentratsiyasi, mol/l
k proporsionallik koeffitsienti, reaksiya tezligi konstantasi.
Masalan, ammiak hosil bo'lish reaktsiyasi uchun:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Ommaviy harakat qonuni quyidagicha ko'rinadi:
- Bu kimyoviy reaktsiyada ishtirok etadigan kimyoviy moddalar, uning tezligi va yo'nalishini o'zgartiradi, lekin sarflanmaydi reaksiya davomida (reaktsiya oxirida ular miqdori ham, tarkibi ham o'zgarmaydi). A + B tipidagi reaktsiya uchun katalizatorning taxminiy ishlash mexanizmini quyidagicha tasvirlash mumkin:
A+K=AK
AK + B = AB + K
Katalizator bilan o'zaro ta'sirlashganda reaksiya tezligini o'zgartirish jarayoni deyiladi kataliz. Katalizatorlar sanoatda reaksiya tezligini oshirish yoki ma'lum bir yo'l bo'ylab yo'naltirish zarur bo'lganda keng qo'llaniladi.
Katalizatorning fazaviy holatiga ko'ra bir jinsli va geterogen kataliz ajratiladi.
bir hil kataliz - bu reaktivlar va katalizator bir fazada (gaz, eritma) bo'lganda. Odatda bir hil katalizatorlar kislotalar va asoslardir. organik aminlar va boshqalar.
heterojen kataliz - bu reaktivlar va katalizatorlar turli fazalarda bo'lganda. Qoida tariqasida, geterogen katalizatorlar qattiq moddalardir. Chunki bunday katalizatorlarda o'zaro ta'sir faqat moddaning yuzasida sodir bo'ladi, katalizatorlar uchun muhim talab katta sirt maydoni hisoblanadi. Geterogen katalizatorlar yuqori porozlik bilan ajralib turadi, bu esa katalizatorning sirt maydonini oshiradi. Shunday qilib, ba'zi katalizatorlarning umumiy sirt maydoni ba'zan 1 g katalizator uchun 500 kvadrat metrga etadi. Katta maydon va porozlik reagentlar bilan samarali o'zaro ta'sir qilishni ta'minlaydi. Geterogen katalizatorlarga metallar, seolitlar - aluminosilikat guruhining kristalli minerallari (kremniy va alyuminiy birikmalari) va boshqalar kiradi.
Misol heterojen kataliz - ammiak sintezi:
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3
Katalizator sifatida Al 2 O 3 va K 2 O aralashmalari bo'lgan g'ovakli temir ishlatiladi.
Kimyoviy reaksiya jarayonida katalizatorning o'zi iste'mol qilinmaydi, lekin katalizator yuzasida boshqa moddalar to'planib, katalizatorning faol markazlarini bog'laydi va uning ishlashini bloklaydi ( katalitik zaharlar). Ular katalizatorni qayta tiklash orqali muntazam ravishda olib tashlanishi kerak.
Katalizatorlar biokimyoviy reaksiyalarda juda samarali. fermentlar. Enzimatik katalizatorlar 100% selektivlik bilan yuqori samarali va selektiv ta'sir ko'rsatadi. Afsuski, fermentlar harorat ko'tarilishi, o'rtacha kislotalilik va boshqa omillarga juda sezgir, shuning uchun fermentativ katalizli jarayonlarni sanoat miqyosida amalga oshirish uchun bir qator cheklovlar mavjud.
Katalizatorlar bilan aralashmaslik kerak tashabbuskorlar jarayon va ingibitorlar. Masalan, metan xlorlashning radikal reaktsiyasini boshlash uchun ultrabinafsha nurlanish kerak. Bu katalizator emas. Ba'zi radikal reaktsiyalar peroksid radikallari tomonidan boshlanadi. Ular katalizator ham emas.
Inhibitorlar kimyoviy reaksiyani sekinlashtiruvchi moddalardir. Inhibitorlar iste'mol qilinishi va kimyoviy reaktsiyada ishtirok etishi mumkin. Bunday holda, inhibitorlar katalizator emas, aksincha. Teskari kataliz printsipial jihatdan mumkin emas - reaktsiya har qanday holatda ham eng tez yo'ldan borishga harakat qiladi.
5. Reaktivlarning aloqa qilish sohasi. Geterogen reaktsiyalar uchun samarali to'qnashuvlar sonini ko'paytirishning bir usuli - ko'paytirish reaksiya yuzasi maydoni . Reaksiyalash fazalarining aloqa yuzasi qanchalik katta bo'lsa, heterojen kimyoviy reaktsiya tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Kukunli sink kislotada bir xil og'irlikdagi granüler sinkga qaraganda tezroq eriydi.
Sanoatda reaktivlarning aloqa yuzasi maydonini oshirish uchun ular foydalanadilar suyuqlashtirilgan yotoq usuli. Masalan, qaynoq qatlam usuli bilan sulfat kislota ishlab chiqarishda pirit qovuriladi.
6. Reaktivlarning tabiati . Kimyoviy reaktsiyalar tezligi, boshqa narsalar teng bo'lsa, kimyoviy xususiyatlar ham ta'sir qiladi, ya'ni. reaktivlarning tabiati. Kamroq faol moddalar yuqori faollik to'sig'iga ega bo'ladi va ko'proq faol moddalarga qaraganda sekinroq reaksiyaga kirishadi. Ko'proq faol moddalar kamroq faollashtirish energiyasiga ega va ular ancha oson va kimyoviy reaktsiyalarga kirishi mumkin.
Kam faollanish energiyalarida (40 kJ/mol dan kam) reaksiya juda tez va oson kechadi. Zarrachalar orasidagi to'qnashuvlarning muhim qismi kimyoviy transformatsiya bilan tugaydi. Masalan, normal sharoitda ion almashish reaksiyalari juda tez sodir bo'ladi.
Yuqori faollanish energiyalarida (120 kJ/mol dan ortiq) faqat oz sonli to'qnashuvlar kimyoviy transformatsiya bilan tugaydi. Bunday reaksiyalarning tezligi ahamiyatsiz. Masalan, normal sharoitda azot deyarli kislorod bilan o'zaro ta'sir qilmaydi.
O'rtacha faollanish energiyalarida (40 dan 120 kJ / mol gacha) reaktsiya tezligi o'rtacha bo'ladi. Bunday reaktsiyalar oddiy sharoitda ham davom etadi, lekin juda tez emas, shuning uchun ularni oddiy ko'z bilan kuzatish mumkin. Bu reaksiyalarga natriyning suv bilan taʼsiri, temirning xlorid kislota bilan oʻzaro taʼsiri va boshqalar kiradi.
Oddiy sharoitlarda barqaror bo'lgan moddalar yuqori faollik energiyasiga ega.