سرعت واکنش شیمیایی - تغییر در مقدار یکی از واکنش دهنده ها در واحد زمان در یک واحد فضای واکنش.

عوامل زیر بر میزان واکنش شیمیایی تأثیر می گذارند:

• ماهیت واکنش دهنده ها ؛
• غلظت واکنش دهنده ها ؛
• سطح تماس واکنش دهنده ها (در واکنش های ناهمگن) ؛
• درجه حرارت؛
• عمل کاتالیزورها

نظریه برخورد فعال اجازه می دهد تا تأثیر برخی از عوامل را در میزان واکنش شیمیایی توضیح دهد. مفاد اصلی این نظریه:

• واکنش ها هنگام برخورد ذرات واکنش دهنده ها رخ می دهد که دارای انرژی خاصی هستند.
• هرچه ذرات معرف بیشتر باشد ، هرچه به یکدیگر نزدیکتر باشند ، احتمال برخورد و واکنش آنها بیشتر است.
• فقط برخوردهای موثر منجر به واکنش می شوند ، یعنی به گونه ای که "پیوندهای قدیمی" از بین رفته یا ضعیف شده و بنابراین "جدید" می تواند شکل بگیرد. برای این ، ذرات باید انرژی کافی داشته باشند.
• حداقل انرژی اضافی مورد نیاز برای برخورد موثر ذرات معرف نامیده می شود انرژی فعال سازی Еа.
• فعالیت مواد شیمیایی در انرژی فعال شدن کم واکنش ها با مشارکت آنها آشکار می شود. هرچه انرژی فعال سازی کمتر باشد ، سرعت واکنش نیز بیشتر است. به عنوان مثال ، در واکنش های بین کاتیون ها و آنیون ها ، انرژی فعال سازی بسیار ناچیز است ، بنابراین چنین واکنش هایی تقریباً بلافاصله ادامه می یابد.

تأثیر غلظت واکنش دهنده ها بر میزان واکنش

با افزایش غلظت واکنش دهنده ها ، سرعت واکنش افزایش می یابد. برای واکنش ، دو ذره شیمیایی باید به هم نزدیک شوند ، بنابراین سرعت واکنش به تعداد برخورد بین آنها بستگی دارد. افزایش تعداد ذرات در یک حجم معین منجر به برخورد مکرر و افزایش سرعت واکنش می شود.

افزایش در سرعت واکنش در مرحله گاز منجر به افزایش فشار یا کاهش حجم اشغال شده توسط مخلوط می شود.

بر اساس داده های تجربی در سال 1867 ، دانشمندان نروژی K. Guldberg و P Vaage و به طور مستقل از آنها در سال 1865 دانشمند روسی N.I. بکتوف قانون اساسی سینتیک شیمیایی را تنظیم کرد و آن را ایجاد کرد وابستگی سرعت واکنش به غلظت واکنش دهنده ها

قانون اقدام گسترده (MWL):

سرعت یک واکنش شیمیایی متناسب با محصول غلظت واکنش دهنده های گرفته شده در توان برابر با ضرایب آنها در معادله واکنش است. ("جرم فعال" مترادف مفهوم مدرن "غلظت" است)

aA +bВ \u003d+CdD،جایی که ک- ثابت سرعت واکنش

ZDM فقط برای واکنشهای شیمیایی اولیه انجام می شود که در یک مرحله ادامه دارد. اگر واکنش به طور متوالی طی چندین مرحله ادامه یابد ، در این صورت سرعت کل کل فرآیند با کندترین قسمت آن تعیین می شود.

عبارات برای میزان انواع مختلف واکنش ها

ZDM به واکنشهای همگن اشاره دارد. اگر واکنش ناهمگن باشد (معرفها در حالتهای مختلف تجمع قرار دارند) ، پس فقط معرفهای مایع یا فقط گازی وارد معادله ZDM می شوند و معرفهای جامد از این قاعده مستثنی می شوند ، که فقط بر سرعت ثابت k تأثیر می گذارد.

مولکولی بودن واکنش حداقل تعداد مولکول های درگیر در یک فرآیند شیمیایی اولیه است. از نظر مولکولی ، واکنشهای شیمیایی اولیه به مولکولی (A →) و دو مولکولی (A + B →) تقسیم می شوند. واکنش های سه مولکولی بسیار نادر است.

میزان واکنشهای ناهمگن

• بستگی دارد به سطح تماس مواد، یعنی در مورد درجه آسیاب مواد ، کامل بودن مخلوط کردن معرف ها.
• به عنوان مثال سوزاندن چوب است. یک درخت کاملاً آرام در هوا می سوزد. اگر سطح تماس چوب با هوا را افزایش دهید ، ورود به سیستم را به تراشه تقسیم کنید ، میزان سوختن افزایش می یابد.
• آهن پیروفوریک بر روی یک ورق کاغذ فیلتر ریخته می شود. در هنگام سقوط ، ذرات آهن گرم می شوند و باعث اشتعال کاغذ می شوند.

تأثیر دما بر سرعت واکنش

در قرن نوزدهم ، دانشمند هلندی Van't Hoff به طور آزمایشی کشف کرد که وقتی دما 10 درجه سانتیگراد افزایش می یابد ، میزان بسیاری از واکنشها 2-4 برابر افزایش می یابد.

قانون وانت هاف نیست

با افزایش دما برای هر 10 درجه سانتیگراد ، سرعت واکنش 2-4 برابر افزایش می یابد.

در اینجا γ (حرف یونانی "گاما") - اصطلاحاً ضریب دما یا ضریب Van't Hoff ، مقادیر را از 2 تا 4 می گیرد.

برای هر واکنش خاص ، ضریب دما به صورت تجربی تعیین می شود. این نشان می دهد که با هر 10 درجه افزایش دما ، سرعت یک واکنش شیمیایی معین (و سرعت ثابت آن) چند برابر می شود.

از قانون Van't Hoff برای تخمین تقریبی تغییر ثابت سرعت واکنش با افزایش یا کاهش دما استفاده می شود. رابطه دقیق تری بین ثابت سرعت و دما توسط شیمی دان سوئدی Svante Arrhenius برقرار شد:

نسبت به. تا بیشتر یک واکنش خاص ، کمتر (در دمای معین) ثابت سرعت k (و سرعت) این واکنش خواهد بود. افزایش T منجر به افزایش ثابت سرعت می شود ، که با این واقعیت توضیح داده می شود که افزایش دما منجر به افزایش سریع تعداد مولکول های "انرژی زا" می شود که قادر به غلبه بر مانع فعال سازی E a هستند.

تأثیر کاتالیزور بر میزان واکنش

تغییر نرخ واکنش با استفاده از مواد ویژه ای که مکانیسم واکنش را تغییر می دهند و آن را در مسیری با انرژی مطلوب تر با انرژی فعال سازی کمتر هدایت می کنند ، امکان پذیر است.

کاتالیزورها- اینها موادی هستند که در یک واکنش شیمیایی شرکت می کنند و سرعت آن را افزایش می دهند ، اما پس از پایان واکنش ، از نظر کمی و کیفی بدون تغییر باقی می مانند.

بازدارنده ها- موادی که واکنشهای شیمیایی را کند می کنند.

تغییر سرعت واکنش شیمیایی یا جهت آن با استفاده از کاتالیزور گفته می شود تجزیه و تحلیل .

§ 12. سینتیک واکنشهای آنزیمی

سینتیک واکنش های آنزیمی دانش میزان واکنش های آنزیمی ، وابستگی آنها به عوامل مختلف است. میزان واکنش آنزیمی با توجه به مقدار شیمیایی بستر واکنش داده شده یا محصول واکنش حاصل در واحد زمان در واحد حجم تحت شرایط خاص تعیین می شود:

که در آن v سرعت واکنش آنزیمی است ، تغییر در غلظت بستر یا محصول واکنش است ، t زمان است.

سرعت واکنش آنزیمی به ماهیت آنزیم بستگی دارد که فعالیت آن را تعیین می کند. هرچه فعالیت آنزیم بیشتر باشد ، سرعت واکنش نیز بیشتر خواهد بود. فعالیت آنزیم با سرعت واكنش كاتالیز شده توسط آنزیم تعیین می شود. اندازه گیری فعالیت آنزیم یکی از واحدهای استاندارد فعالیت آنزیم است. یک واحد استاندارد فعالیت آنزیمی ، میزان آنزیمی است که تبدیل 1 میکرومول بستر را در 1 دقیقه کاتالیز می کند.

در طی واکنش آنزیمی ، آنزیم (E) با بستر (S) برهم کنش می کند ، در نتیجه یک کمپلکس آنزیم-بستر تشکیل می شود که سپس با آزاد شدن آنزیم و محصول (P) واکنش تجزیه می شود:

سرعت واکنش آنزیمی به عوامل زیادی بستگی دارد: به غلظت سوبسترا و آنزیم ، دما ، pH محیط ، وجود مواد تنظیم کننده مختلف که می توانند فعالیت آنزیم ها را کم یا زیاد کنند.

جالب است بدانید! از آنزیم ها در پزشکی برای تشخیص بیماری های مختلف استفاده می شود. با سکته قلبی در اثر آسیب و تحلیل رفتن عضله قلب در خون ، محتوای آنزیم های آسپارتات ترانس آمیناز و آلانین آمینوترانسفراز به شدت افزایش می یابد. آشکار کردن فعالیت آنها امکان تشخیص این بیماری را فراهم می کند.

تأثیر غلظت سوبسترا و آنزیم بر میزان واکنش آنزیمی

بیایید تأثیر غلظت بستر را بر میزان واکنش آنزیمی در نظر بگیریم (شکل 30). در غلظت های کم بستر ، سرعت مستقیماً با غلظت آن متناسب است ؛ سپس با افزایش غلظت ، سرعت واکنش کندتر افزایش می یابد و در غلظت های بسیار زیاد بستر ، سرعت عملاً از غلظت آن مستقل است و به حداکثر مقدار (حداکثر V) می رسد. در چنین غلظت های بستر ، تمام مولکول های آنزیم بخشی از مجموعه آنزیم-بستر هستند و اشباع کامل مراکز فعال آنزیم حاصل می شود ، به همین دلیل است که سرعت واکنش در این حالت عملا از غلظت بستر مستقل است.

شکل: 30. وابستگی به سرعت واکنش آنزیمی به غلظت بستر

نمودار وابستگی فعالیت آنزیم به غلظت بستر توسط معادله Michaelis-Menten توصیف شده است ، که به افتخار دانشمندان برجسته L. Michaelis و M. Menten ، که سهم بزرگی در مطالعه سینتیک واکنش های آنزیمی داشتند ، نام خود را بدست آورد.

که v سرعت واکنش آنزیمی است ؛ [S] غلظت بستر است. K M - Michaelis ثابت است.

معنی فیزیکی ثابت مایکلئیس را در نظر بگیرید. به شرطی که v \u003d ½ V max ، K M \u003d [S] بدست آوریم. بنابراین ، ثابت مایکلئیس برابر با غلظت بستر است که در آن سرعت واکنش نصف حداکثر است.

سرعت واکنش آنزیمی نیز به غلظت آنزیم بستگی دارد (شکل 31). این رابطه سرراست است.

شکل: 31. وابستگی به سرعت واکنش آنزیمی به غلظت آنزیم

تأثیر دما بر میزان واکنش آنزیمی

وابستگی به درجه حرارت میزان واکنش آنزیمی در شکل نشان داده شده است. 32

شکل: 32. وابستگی به سرعت واکنش آنزیمی به دما.

در دماهای پایین (تا حدود 40-50 درجه سانتیگراد) ، افزایش دما برای هر 10 درجه سانتیگراد مطابق با قانون Van't Hoff با افزایش 2 تا 4 برابر سرعت واکنش شیمیایی همراه است. در دمای بالا بیش از 55 - 60 درجه سانتیگراد ، فعالیت آنزیم به دلیل دناتوراسیون حرارتی آن به شدت کاهش می یابد و در نتیجه ، کاهش شدیدی در میزان واکنش آنزیمی مشاهده می شود. حداکثر فعالیت آنزیم ها معمولاً در محدوده 40 تا 60 درجه سانتی گراد مشاهده می شود. به دمایی که در آن فعالیت آنزیم حداکثر است ، بهینه دما گفته می شود. دمای مطلوب برای آنزیم های میکروارگانیسم های گرما دوست در منطقه دمای بالاتر است.

تأثیر pH بر میزان واکنش آنزیمی

نمودار وابستگی فعالیت آنزیمی به pH در شکل نشان داده شده است. 33

شکل: 33. تأثیر PH بر میزان واکنش آنزیمی

نمودار وابستگی به pH زنگ شکل است. به مقدار pH که فعالیت آنزیم در آن حداکثر است گفته می شود pH بهینه آنزیم مقادیر بهینه pH برای آنزیم های مختلف بسیار متفاوت است.

ماهیت وابستگی واکنش آنزیمی به pH توسط این واقعیت تعیین می شود که این شاخص تأثیر می گذارد:

الف) یونیزاسیون باقی مانده های اسید آمینه درگیر در تجزیه ،

ب) یونیزاسیون بستر ،

ج) ترکیب آنزیم و مرکز فعال آن.

مهار آنزیم

سرعت واکنش آنزیمی را می توان با عملکرد تعدادی از مواد شیمیایی موسوم به کاهش داد بازدارنده ها... برخی از مهارکننده ها سمی برای انسان هستند مانند سیانیدها ، در حالی که برخی دیگر به عنوان دارو استفاده می شوند.

بازدارنده ها را می توان به دو نوع اصلی طبقه بندی کرد: برگشت ناپذیر و برگشت پذیر... بازدارنده های برگشت ناپذیر (I) با تشکیل یک کمپلکس به آنزیم متصل می شوند ، تجزیه آن با بازیابی فعالیت آنزیم غیرممکن است:

مثالی از یک بازدارنده برگشت ناپذیر دی ایزوپروپیل فلوئورفسفات (DPP) است. DPP آنزیم استیل کولین استراز را که نقش مهمی در انتقال تکانه های عصبی دارد ، مهار می کند. این مهار کننده با سرین محل فعال آنزیم ارتباط برقرار می کند و در نتیجه فعالیت دوم را مسدود می کند. در نتیجه ، توانایی فرایندها مختل می شود سلول های عصبی نورون ها سلوک می کنند تیک عصبی... DFF یکی از اولین عوامل عصبی است. بر اساس آن ، تعدادی نسبتاً غیر سمی برای انسان و حیوانات ایجاد شده است. حشره کش ها -مواد سمی برای حشرات.

بازدارنده های برگشت پذیر ، برخلاف عوامل غیرقابل برگشت ، تحت شرایط خاص به راحتی از آنزیم جدا می شوند. در همان زمان ، فعالیت دوم بازیابی می شود:

در میان بازدارنده های برگشت پذیر ، وجود دارد رقابتی و غیر رقابتی بازدارنده ها

بازدارنده رقابتی ، به عنوان یک آنالوگ ساختاری بستر ، با مرکز فعال آنزیم ارتباط برقرار می کند و بنابراین دسترسی بستر به آنزیم را مسدود می کند. در این حالت ، بازدارنده دچار تغییرات شیمیایی نمی شود و برگشت پذیر به آنزیم متصل می شود. پس از تفکیک کمپلکس EI ، آنزیم می تواند به بستر متصل شود و آن را تبدیل کند ، یا به یک بازدارنده تبدیل شود (شکل 34). از آنجا که هر دو بستر و بازدارنده برای یک سایت در محل فعال رقابت می کنند ، این مهار را رقابت می نامند.

شکل: 34. مکانیسم عملکرد یک بازدارنده رقابتی.

از داروهای مهار کننده رقابت در پزشکی استفاده می شود. جنگیدن بیماری های عفونی قبلاً داروهای سولفا به طور گسترده ای استفاده می شد. از نظر ساختار نزدیک به هم هستند اسید پارا آمینوبنزوئیک (PABA) ، یک فاکتور رشد ضروری برای بسیاری از باکتری های بیماری زا است. PABK سلف است اسید فولیک، که به عنوان یک فاکتور برای تعدادی از آنزیم ها عمل می کند. داروهای سولفانیل آمید به عنوان یک بازدارنده رقابتی آنزیم ها برای سنتز اسید فولیک از PABA عمل می کنند و از این طریق رشد و تولید مثل باکتری های بیماریزا را مهار می کنند.

از نظر ساختاری ، مهارکننده های غیررقابتی مشابه زیرلایه نیستند و در طول تشکیل EI ، آنها نه با مرکز فعال بلکه با سایت دیگری از آنزیم ارتباط برقرار می کنند. اثر متقابل بازدارنده با آنزیم منجر به تغییر در ساختار دومی می شود. تشکیل کمپلکس EI برگشت پذیر است ؛ بنابراین ، پس از تخریب ، آنزیم دوباره قادر به حمله به بستر است (شکل 35).

شکل: 35. مکانیسم عملکرد یک بازدارنده غیر رقابتی

سیانید CN - می تواند به عنوان یک مهار کننده غیرقابل رقابت عمل کند. این ماده به یونهای فلزی متصل می شود که بخشی از گروه های پروتز هستند و فعالیت این آنزیم ها را مهار می کند. مسمومیت با سیانور بسیار خطرناک است. آنها می توانند کشنده باشند.

آنزیم های آلوستریک

اصطلاح "آلوستریک" از کلمات یونانی allo - دیگر ، استریو - طرح آمده است. بنابراین ، آنزیم های آلوستریک ، همراه با مرکز فعال ، مرکز دیگری نیز دارند ، به نام مرکز آلوستریک (شکل 36) موادی که می توانند فعالیت آنزیم ها را تغییر دهند به مرکز آلوستریک متصل می شوند ، به این مواد گفته می شود اثرات آلوستریک... م areثرها مثبت هستند - آنزیم را فعال می کنند و منفی می کنند - بازدارنده ، یعنی کاهش فعالیت آنزیم. برخی از آنزیم های آلوستریک می توانند تحت تأثیر دو یا چند اثر دهنده قرار بگیرند.

شکل: 36. ساختار آنزیم آلوستریک.

تنظیم سیستم های چند آنزیمی

برخی از آنزیم ها به صورت هماهنگ عمل می کنند و در سیستم های چند آنزیمی ترکیب می شوند که در آن هر آنزیم مرحله خاصی از مسیر متابولیسم را کاتالیز می کند:

در سیستم چند آنزیمی ، آنزیمی وجود دارد که میزان کل دنباله واکنش ها را تعیین می کند. این آنزیم معمولاً آلوستریک است و در ابتدای مسیر متابولیسم قرار دارد. این قابلیت دریافت سیگنال های مختلف ، هم افزایش و هم کاهش سرعت واکنش کاتالیز شده را دارد ، در نتیجه سرعت کل فرایند را تنظیم می کند.

واکنش سرعت با تغییر غلظت مولی یکی از واکنش دهنده ها تعیین می شود:

V \u003d ± ((С 2 - С 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

در مواردی که C1 و C 2 به ترتیب غلظت های مولی مواد در زمان های t 1 و t 2 هستند (علامت (+) - اگر میزان توسط محصول واکنش تعیین شود ، علامت (-) - توسط ماده اولیه تعیین شود).

واکنش ها هنگام برخورد مولکول واکنش دهنده ها اتفاق می افتد. سرعت آن با توجه به تعداد برخوردها و احتمال منجر به تحول تعیین می شود. تعداد برخوردها با غلظت واکنش دهنده ها و احتمال واکنش با انرژی مولکولهای برخورد کننده تعیین می شود.
عوامل موثر بر میزان واکنشهای شیمیایی.
1. ماهیت مواد واکنش دهنده. ماهیت پیوندهای شیمیایی و ساختار مولکول های واکنش نقش مهمی دارند. واکنش ها در جهت تخریب پیوندهای کم مقاومت و تشکیل مواد با پیوندهای قوی تر پیش می روند. بنابراین ، انرژی زیادی برای شکستن پیوندها در مولکول های H 2 و N 2 مورد نیاز است. این مولکول ها بسیار واکنش پذیر نیستند. برای شکستن پیوندها در مولکولهای بسیار قطبی (HCl ، H 2 O) ، انرژی کمتری لازم است و سرعت واکنش بسیار بیشتر است. واکنش بین یونها در محلولهای الکترولیت تقریباً بلافاصله انجام می شود.
نمونه هایی از
فلورین در دمای اتاق با هیدروژن به طور انفجاری واکنش می دهد ، برم با هیدروژن به آرامی و هنگام گرم شدن واکنش نشان می دهد.
اکسید کلسیم با آب واکنش شدیدی نشان می دهد و گرما آزاد می کند. اکسید مس - واکنش نمی دهد.

2. تمرکز. با افزایش غلظت (تعداد ذرات در واحد حجم) ، برخورد مولکول های مواد واکنش دهنده بیشتر اتفاق می افتد - سرعت واکنش افزایش می یابد.
قانون اقدام جمعی (K. Guldberg، P. Waage، 1867)
سرعت واکنش شیمیایی مستقیماً با محصول غلظت واکنش دهنده ها متناسب است.

AA + bB +. ... ... ®. ... ...

• [A] a [B] b. ... ...

سرعت ثابت سرعت k به ماهیت واکنش دهنده ها ، دما و کاتالیزور بستگی دارد ، اما به غلظت واکنش دهنده ها بستگی ندارد.
معنای فیزیکی ثابت سرعت این است که برابر با سرعت واکنش در غلظت واحد واکنش دهنده ها است.
برای واکنشهای ناهمگن ، غلظت فاز جامد در بیان سرعت واکنش گنجانده نشده است.

3. دما با افزایش دما به ازای هر 10 درجه سانتیگراد ، سرعت واکنش 2-4 برابر افزایش می یابد (قانون Van't Hoff). با افزایش دما از t 1 به t 2 ، تغییر در سرعت واکنش را می توان با فرمول محاسبه کرد:

		(t 2 - t 1) / 10
Vt 2 / Vt 1	\u003d گرم

(که در آن Vt 2 و Vt 1 به ترتیب سرعت واکنش در دمای t 2 و t 1 است ؛ g ضریب دما این واکنش است).
قانون Van't Hoff فقط در محدوده دما محدود است. دقیق تر معادله آرنیوس است:

• e -Ea / RT

جایی که
A - ثابت ، بسته به ماهیت مواد واکنش دهنده ؛
R ثابت جهانی گاز است.

Ea انرژی فعال سازی است ، یعنی انرژی مولکولهای برخورد کننده باید داشته باشد تا برخورد منجر به یک تغییر شکل شیمیایی شود.
نمودار انرژی یک واکنش شیمیایی.

واکنش گرمازا	واکنش گرمازا

A - معرف ، B - کمپلکس فعال شده (حالت گذار) ، C - محصولات.
هرچه انرژی فعال سازی Ea بیشتر باشد ، با افزایش دما ، سرعت واکنش نیز بیشتر می شود.

4. سطح تماس واکنش دهنده ها. برای سیستم های ناهمگن (وقتی مواد در حالت های مختلف تجمع قرار دارند) ، هرچه سطح تماس بزرگتر باشد ، واکنش سریعتر پیش می رود. سطح مواد جامد را می توان با خرد کردن ، و برای مواد محلول با حل آنها افزایش داد.

5. تجزیه و تحلیل. موادی را که در واکنش ها شرکت می کنند و میزان آن را افزایش می دهند ، در پایان واکنش بدون تغییر باقی می مانند ، کاتالیزور نامیده می شوند. مکانیسم عملکرد کاتالیزورها با کاهش انرژی فعال سازی واکنش به دلیل تشکیل ترکیبات میانی همراه است. چه زمانی تجزیه و تحلیل همگن معرف ها و کاتالیزورها یک مرحله تشکیل می دهند (در همان حالت تجمع هستند) تجزیه و تحلیل ناهمگن - فازهای مختلف (در حالت های مختلف تجمع قرار دارند). در برخی موارد ، می توان سرعت فرآیندهای شیمیایی نامطلوب را با افزودن بازدارنده هایی به محیط واکنش کاهش داد (پدیده " تجزیه و تحلیل منفی").

مکانیسم های وقوع تحولات شیمیایی و میزان آنها توسط سینتیک شیمیایی بررسی می شود. فرآیندهای شیمیایی به موقع و با سرعت های مختلف انجام می شوند. بعضی از آنها به سرعت ، تقریباً بلافاصله اتفاق می افتند ، در حالی که ادامه برخی دیگر بسیار طولانی است.

در تماس با

واکنش سرعت - سرعت مصرف معرف ها (غلظت آنها کاهش می یابد) یا محصولات واکنش در واحد حجم تشکیل می شوند.

عواملی که می توانند سرعت واکنش شیمیایی را تحت تأثیر قرار دهند

عوامل زیر می توانند بر سرعت تعامل شیمیایی تأثیر بگذارند:

• غلظت مواد ؛
• ماهیت معرف ها ؛
• درجه حرارت؛
• حضور یک کاتالیزور ؛
• فشار (برای واکنش در یک محیط گاز).

بنابراین ، با تغییر شرایط خاص فرآیند شیمیایی ، می توان بر سرعت روند کار تأثیر گذاشت.

در روند فعل و انفعالات شیمیایی ، ذرات مواد واکنش دهنده با یکدیگر برخورد می کنند. تعداد چنین تصادفی متناسب با تعداد ذرات مواد موجود در حجم مخلوط واکنش دهنده است و بنابراین با غلظت های مولی واکنش دهنده ها متناسب است.

قانون اقدام جمعی وابستگی سرعت واکنش را به غلظت های مولی مواد متقابل توصیف می کند.

برای یک واکنش ابتدایی (A + B → ...) ، این قانون با فرمول بیان می شود:

υ \u003d k ∙ С A ∙ С B ،

k k ثابت نرخ است ؛ C A و C B - غلظت های مولری معرف ها ، A و B.

اگر یکی از مواد واکنش دهنده در حالت جامد باشد ، پس فعل و انفعال در رابط رخ می دهد و بنابراین غلظت ماده جامد در معادله قانون جنبشی توده های موثر لحاظ نمی شود. برای درک معنای فیزیکی ثابت سرعت ، لازم است C ، A و C B برابر 1 شود. سپس مشخص می شود که ثابت سرعت برابر با سرعت واکنش در غلظت های واکنش دهنده برابر با واحد است.

ماهیت معرف ها

از آنجا که در روند فعل و انفعالات پیوندهای شیمیایی مواد واکنش دهنده از بین رفته و پیوندهای جدیدی از محصولات واکنش ایجاد می شود ، طبیعت پیوندهای درگیر در واکنش ترکیبات و ساختار مولکول های مواد واکنش دهنده نقش مهمی را ایفا می کند.

سطح تماس واکنشگرها

مشخصه ای مانند سطح تماس واکنش دهنده های جامد بر روند واکنش تأثیر می گذارد ، که گاهی اوقات کاملاً قابل توجه است. آسیاب کردن یک ماده جامد به شما امکان می دهد سطح تماس واکنش دهنده ها را افزایش دهید و بنابراین روند را تسریع کنید. سطح تماس مواد محلول به راحتی با حل شدن ماده افزایش می یابد.

دمای واکنش

با افزایش دما ، انرژی ذرات برخورد کننده افزایش می یابد ؛ بدیهی است که با افزایش دما ، فرآیند شیمیایی خود نیز تسریع می شود. داده های آورده شده در جدول را می توان نمونه ای روشن از چگونگی تأثیر افزایش دما بر روند اثر متقابل مواد در نظر گرفت.

جدول 1. تأثیر تغییرات دما بر میزان تشکیل آب (О 2 + 2Н 2 → 2Н 2 О)

برای توصیف کمی از اینکه چگونه دما می تواند بر میزان اثر متقابل مواد تأثیر بگذارد ، از قانون Van't Hoff استفاده می شود. قانون Van't Hoff این است که وقتی دما 10 درجه افزایش می یابد ، شتاب 2-4 برابر وجود دارد.

فرمول ریاضی توصیف قانون Van't Hoff به شرح زیر است:

جایی که γ ضریب دما از میزان واکنش شیمیایی است (γ \u003d 2−4).

اما معادله Arrhenius وابستگی به دما را با دقت بسیار بیشتری توصیف می کند:

در جایی که R ثابت گاز جهانی است ، A عاملی است که با توجه به نوع واکنش تعیین می شود ، E ، A انرژی فعال سازی است.

انرژی فعال سازی انرژی است که یک مولکول برای ایجاد تحول شیمیایی باید بدست آورد. یعنی نوعی مانع انرژی است که برای توزیع مجدد پیوندها باید با برخورد مولکولهای در حجم واکنش برطرف شود.

انرژی فعال سازی به عوامل خارجی بستگی ندارد ، اما به ماهیت ماده بستگی دارد. مقدار انرژی فعال سازی تا 40-50 کیلوژول بر میلی مول اجازه می دهد تا مواد نسبتاً فعال با یکدیگر واکنش نشان دهند. اگر انرژی فعال سازی بیش از 120 کیلوژول در مول باشد، سپس مواد (در دمای طبیعی) بسیار آهسته واکنش نشان می دهند. تغییر دما منجر به تغییر در تعداد مولکولهای فعال می شود ، یعنی مولکولهایی که به انرژی بیشتر از انرژی فعال سازی رسیده اند و بنابراین قادر به تبدیلات شیمیایی هستند.

عمل کاتالیزور

کاتالیزور ماده ای است که می تواند روند کار را تسریع کند ، اما بخشی از محصولات آن نیست. کاتالیز (تسریع در تحول شیمیایی) به · همگن ، · ناهمگن تقسیم می شود. اگر واکنش دهنده ها و کاتالیزور در یک حالت تجمع یکسان باشند ، آنگاه کاتالیز را همگن می نامند ، اگر در متفاوت باشد ، ناهمگن است. مکانیسم عملکرد کاتالیزورها متنوع و نسبتاً پیچیده است. علاوه بر این ، لازم به ذکر است که کاتالیزورها با انتخاب اثر عمل می شوند. یعنی همان کاتالیزور در عین تسریع یک واکنش ، ممکن است به هیچ وجه سرعت واکنش دیگر را تغییر ندهد.

فشار

اگر مواد گازی در تغییر شکل شرکت کنند ، در نتیجه تغییر فشار در سیستم بر روند فرآیند تأثیر می گذارد ... این به دلیل این هست کهکه برای واکنش دهنده های گازی ، تغییر فشار منجر به تغییر غلظت می شود.

تعیین تجربی میزان واکنش شیمیایی

می توان با بدست آوردن اطلاعاتی در مورد چگونگی تغییر غلظت مواد یا محصولات واکنش دهنده در واحد زمان ، سرعت تحول شیمیایی را به طور آزمایشی تعیین کرد. روش های بدست آوردن چنین داده هایی به تقسیم می شوند

• شیمیایی ،
• فیزیکی و شیمیایی

روش های شیمیایی نسبتاً ساده ، مقرون به صرفه و دقیق هستند. با کمک آنها ، سرعت با اندازه گیری مستقیم غلظت یا مقدار ماده ای از معرف ها یا محصولات تعیین می شود. در صورت واکنش آهسته ، نمونه هایی برای کنترل نحوه مصرف معرف گرفته می شود. سپس محتوای معرف در نمونه تعیین می شود. با گرفتن نمونه در فواصل منظم ، می توان داده هایی را در مورد تغییر مقدار ماده در طی اثر متقابل بدست آورد. متداول ترین نوع تجزیه و تحلیل ، تیترومتری و گرانش است.

اگر واکنش به سرعت ادامه یابد ، برای گرفتن نمونه باید متوقف شود. این را می توان با خنک سازی انجام داد ، حذف ناگهانی کاتالیزور، همچنین می توانید رقیق سازی کنید یا یکی از معرف ها را به حالت غیرفعال منتقل کنید.

روشهای تجزیه و تحلیل فیزیکوشیمیایی در سینتیک تجربی مدرن بیشتر از روشهای شیمیایی استفاده می شود. با کمک آنها ، می توانید تغییر غلظت مواد را در زمان واقعی مشاهده کنید. در این حالت نیازی به توقف واکنش و گرفتن نمونه نیست.

روشهای فیزیکوشیمیایی بر اساس اندازه گیری یک ویژگی فیزیکی است که به مقدار کمی یک ترکیب خاص در سیستم بستگی دارد و با گذشت زمان تغییر می کند. به عنوان مثال ، اگر گازها در واکنش نقش داشته باشند ، ممکن است این خاصیت فشار باشد. آنها همچنین رسانایی الکتریکی ، ضریب شکست ، طیف جذب مواد را اندازه گیری می کنند.

سوال 1. به چه موادی کاتالیزور گفته می شود؟

به موادی که سرعت واکنش شیمیایی را تغییر دهند و در پایان آن بدون تغییر باقی بمانند ، کاتالیزور گفته می شود.

سوال 2. آنزیم ها چه نقشی در سلول دارند؟

آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که واکنش های شیمیایی سلول زنده را تسریع می کنند. مولکول های برخی آنزیم ها فقط از پروتئین تشکیل شده است ، برخی دیگر شامل یک پروتئین و ترکیبی از طبیعت غیر پروتئینی (یون های آلی - کوآنزیم یا غیر آلی فلزات) هستند. آنزیم ها کاملاً خاص هستند: هر آنزیم نوع خاصی از واکنش را که در آن انواع خاصی از مولکول های بستر نقش دارند ، کاتالیز می کند.

س 3.ال 3. چه عواملی می توانند بر میزان واکنشهای آنزیمی تأثیر بگذارند؟

میزان واکنشهای آنزیمی تا حد زیادی به غلظت آنزیم ، ماهیت ماده ، دما ، فشار و واکنش محیط (اسیدی یا قلیایی) بستگی دارد.

در بسیاری از آنزیم ها ، تحت شرایط خاص ، به عنوان مثال ، در حضور مولکول های مواد خاص ، پیکربندی مرکز فعال تغییر می کند ، که به آنها امکان می دهد بیشترین فعالیت آنزیمی را ارائه دهند.

س 4.ال 4. چرا بیشتر آنزیم ها در دماهای بالا خاصیت کاتالیزوری خود را از دست می دهند؟

به طور معمول ، دمای بالای محیط باعث تخریب پروتئین می شود ، به عنوان مثال ، نقض ساختار طبیعی آن است. بنابراین ، در دماهای بالا ، بیشتر آنزیم ها خاصیت کاتالیزوری خود را از دست می دهند.

س 5.ال 5. چرا کمبود ویتامین می تواند در روندهای حیاتی بدن اختلال ایجاد کند؟

بسیاری از ویتامین ها در آنزیم ها یافت می شوند. بنابراین ، کمبود ویتامین در بدن منجر به ضعیف شدن فعالیت آنزیم ها در سلول ها می شود و بنابراین می تواند باعث اختلال در فرآیندهای حیاتی شود.

1.8 کاتالیزورهای بیولوژیکی

4.3 (86.15٪) 52 رأی

جستجو شده در این صفحه:

• آنزیم ها چه نقشی در سلول دارند
• چه موادی کاتالیزور نامیده می شوند
• چرا بیشتر آنزیم ها در دمای بالا
• چه عواملی می توانند بر میزان واکنش های آنزیمی تأثیر بگذارند
• چرا بیشتر آنزیم ها در دمای بالا از دست می روند