Reaktion kulkuun vaikuttavat tekijät

Ihmiskehossa tapahtuu tuhansia entsymaattisia reaktioita elävässä solussa. Kuitenkin monivaiheisessa prosessiketjussa yksittäisten reaktioiden nopeuksien välinen ero on melko suuri. Siten proteiinimolekyylien synteesiä solussa edeltää vähintään, kaksi muuta vaihetta: siirto-RNA:n synteesi ja ribosomien synteesi. Mutta aika, jonka aikana tRNA-molekyylien pitoisuus kaksinkertaistuu, on 1,7 minuuttia, proteiinimolekyylit - 17 minuuttia ja ribosomit - 170 minuuttia. Hitaan (rajoittavan) vaiheen kokonaisprosessin nopeus, esimerkissämme ribosomisynteesin nopeus. Rajoittavan reaktion läsnäolo tarjoaa suuren luotettavuuden ja joustavuuden tuhansien solussa tapahtuvien reaktioiden hallinnassa. Riittää, että tarkkailet ja säätelemme niistä vain hitaimpia. Tätä menetelmää monivaiheisen synteesin nopeuden ohjaamiseksi kutsutaan minimiperiaatteeksi. Sen avulla voidaan merkittävästi yksinkertaistaa ja tehdä luotettavammaksi solun autoregulaatiojärjestelmä.

Kinetiikassa käytettyjen reaktioiden luokitukset: reaktiot, homogeeniset, heterogeeniset ja mikroheterogeeniset; yksinkertaiset ja monimutkaiset reaktiot (rinnakkaiset, peräkkäiset, konjugoidut, ketjulliset). Reaktion elementaarisen toimenpiteen molekyylipaino. Kineettiset yhtälöt. Reaktiojärjestys. Puolikas elämä

Mikroheterogeeniset reaktiot -

Reaktion molekulaarisuuden määrää molekyylien lukumäärä, jotka tulevat kemialliseen vuorovaikutukseen reaktion alkuvaiheessa. Tämän perusteella reaktiot jaetaan mono-, bi- ja trimolekyylisiin.

Silloin tyypin A -> B reaktiot ovat yksimolekyylisiä, esimerkiksi:

a) C 16 H 34 (t ° C) -> C g H 18 + C 8 H 16 - hiilivetykrakkausreaktio;

b) CaC0 3 (t ° C) -> CaO + C0 2 - kalsiumkarbonaatin lämpöhajoaminen.
Reaktiot, kuten A + B -> C tai 2A -> C - ovat bimolekulaarisia, esimerkiksi:
a) C + 0 2 -> CO 2; b) 2Н 2 0 2 -> 2Н 2 0 + 0 2 jne.

Trimolekulaarisia reaktioita kuvataan seuraavan tyyppisillä yleisillä yhtälöillä:

a) A + B + C D; b) 2A + BD; c) 3A D.

Esimerkiksi: a) 2Н 2 + 0 2 2Н 2 0; b) 2NO + H2N20 + H20.

Molekyylisyydestä riippuva reaktionopeus ilmaistaan ​​yhtälöillä: a) V = k C A - yksimolekyyliselle reaktiolle; b) V \u003d - C A C in tai c) V = C 2 A - bimolekulaariselle reaktiolle; d) V \u003d k C C in C e) V \u003d k C 2 A C in tai e) V \u003d k C 3 A - trimolekulaariselle reaktiolle.

Molekyylisyys on niiden molekyylien lukumäärä, jotka reagoivat yhdessä kemiallisessa elementissä.

Usein reaktion molekulaarisuutta on vaikea määrittää, joten käytetään muodollisempaa merkkiä - järjestystä kemiallinen reaktio.

Reaktion järjestys on yhtä suuri kuin pitoisuuksien eksponentien summa yhtälössä, joka ilmaisee reaktionopeuden riippuvuuden reagoivien aineiden pitoisuudesta (kineettinen yhtälö).

Reaktion järjestys ei useimmiten ole yhteneväinen molekyylien kanssa johtuen siitä, että reaktiomekanismia, eli reaktion "alkutoimintoa" (katso molekylaarisuuden merkin määritelmä) on vaikea määrittää.

Tarkastellaanpa useita esimerkkejä, jotka kuvaavat tätä kantaa.

1. Kiteiden liukenemisnopeutta kuvataan nolla-asteen kinetiikan yhtälöillä reaktion monomolekulaarisesta luonteesta huolimatta: AgCl (TB) -> Ag + + CI", V = k C (AgCl (TB p = k " C (AgCl (ra)) - p - tiheys ja se on vakioarvo, eli liukenemisnopeus ei riipu liuenneen aineen määrästä (pitoisuudesta).

2. Sakkaroosin hydrolyysin reaktio: CO + H 2 0 -> C 6 H 12 0 6 (glukoosi) + C 6 H 12 0 6 (fruktoosi) on bimolekulaarinen reaktio, mutta sen kinetiikkaa kuvaa ensimmäisen asteen kinetiikka yhtälö: V \u003d k * C cax , koska koeolosuhteissa, mukaan lukien kehossa, veden pitoisuus on vakioarvo С(Н 2 0) - const.

3.
Vetyperoksidin hajoamisreaktio, joka etenee katalyyttien, sekä metalliplatinan epäorgaanisten Fe 3+ -ionien, Cu 2+ -ionien että biologisten entsyymien, kuten katalaasin, osallistuessa. yleinen muoto:

2H 2 0 2 -\u003e 2H 2 0 + O e, eli on bimolekyylinen.

Reaktionopeuden riippuvuus pitoisuudesta. Ensimmäisen, toisen ja nollakertaluvun reaktioiden kineettiset yhtälöt. Kokeelliset menetelmät reaktioiden nopeuden ja nopeusvakion määrittämiseksi.

Reaktionopeuden riippuvuus lämpötilasta. Van't Hoff -sääntö. Reaktionopeuden lämpötilakerroin ja sen ominaisuudet biokemiallisille prosesseille.

γ on reaktionopeuden lämpötilakerroin.

fyysinen merkitysγ:n arvo on siinä, että se osoittaa, kuinka monta kertaa reaktionopeus muuttuu lämpötilan muutoksella jokaista 10 astetta kohden.

15. Aktiivisten törmäysten teorian käsite. Reaktion energiaprofiili; aktivointienergia; Arrheniuksen yhtälö. Steerisen tekijän rooli. Siirtymätilan teorian käsite.

Nopeusvakion, aktivointienergian ja lämpötilan suhdetta kuvaa Arrhenius-yhtälö: k T \u003d k 0 *Ae ~ E / RT, missä k t ja k 0 ovat nopeusvakiot lämpötilassa T ja T e e on luonnollinen logaritmi, A on steerinen tekijä.

Steerinen tekijä A määrittää kahden reagoivan hiukkasen törmäystodennäköisyyden molekyylin aktiivisessa keskustassa. Tämä tekijä on erityisesti merkitys biokemiallisiin reaktioihin biopolymeerien kanssa. Happo-emäsreaktioissa H + -ionin täytyy reagoida terminaalisen karboksyyliryhmän - COO - kanssa. Jokainen H + -ionin törmäys proteiinimolekyylin kanssa ei kuitenkaan johda tähän reaktioon. Vain ne törmäykset, jotka tapahtuvat suoraan jossain vaiheessa makromolekyylien pisteitä kutsutaan aktiivisiksi keskuksiksi.

Arrhenius-yhtälöstä seuraa, että mitä suurempi nopeusvakio, sitä pienempi on prosessin aktivointienergia E ja korkeampi lämpötila T.

Kemiallisten reaktioiden nopeus kasvaa lämpötilan noustessa. Reaktionopeuden nousu lämpötilan kanssa voidaan arvioida käyttämällä van't Hoff -sääntöä. Säännön mukaan lämpötilan nousu 10 astetta lisää reaktion nopeusvakiota 2-4 kertaa:

Tämä sääntö ei täyty korkeissa lämpötiloissa, jolloin nopeusvakio ei juuri muutu lämpötilan mukaan.

Van't Hoffin säännön avulla voit nopeasti määrittää lääkkeen viimeinen käyttöpäivä. Lämpötilan nousu lisää lääkkeen hajoamisnopeutta. Tämä lyhentää lääkkeen viimeisen käyttöpäivän määrittämisaikaa.

Menetelmä perustuu siihen, että lääkettä pidetään korotetussa lämpötilassa T tietty aika tT, etsi hajotetun lääkkeen määrä m ja laske se uudelleen vakiovarastointilämpötilaan 298K. Kun otetaan huomioon lääkkeen hajoamisprosessi ensimmäisen asteen reaktiona, nopeus ilmaistaan ​​valitussa lämpötilassa T ja T = 298K:

Koska hajotetun lääkkeen massa on sama normaaleissa ja todellisissa säilytysolosuhteissa, hajoamisnopeudet voidaan ilmaista yhtälöillä:

Olettaen T=298+10n, missä n = 1,2,3…,

Hanki lopullinen lauseke lääkkeen säilyvyydestä standardiolosuhteissa 298K:

Aktiivisten törmäysten teoria. Aktivointienergiaa. Arrheniuksen yhtälö. Reaktionopeuden ja aktivointienergian välinen suhde.

Aktiivisten törmäysten teorian muotoili S. Arrhenius vuonna 1889. Tämä teoria perustuu ajatukseen, että kemiallisen reaktion tapahtuminen edellyttää törmäystä lähtöaineiden molekyylien välillä, ja törmäysten lukumäärä määräytyy intensiteetin mukaan. lämpöliikettä molekyylejä, ts. lämpötilasta riippuvainen. Mutta jokainen molekyylien törmäys ei johda kemialliseen muutokseen: vain aktiivinen törmäys johtaa siihen.

Aktiiviset törmäykset ovat törmäyksiä, jotka tapahtuvat esimerkiksi molekyylien A ja B välillä suurella energiamäärällä. Vähimmäisenergiamäärää, joka lähtöaineiden molekyyleillä tulee olla, jotta niiden törmäys olisi aktiivinen, kutsutaan reaktion energiaesteeksi.

Aktivointienergia on ylimääräistä energiaa, joka voidaan välittää tai siirtää yhteen mooliin ainetta.

Aktivointienergia vaikuttaa merkittävästi reaktionopeusvakion arvoon ja sen lämpötilariippuvuuteen: mitä suurempi Ea, sitä pienempi nopeusvakio ja sitä suurempi lämpötilan muutos vaikuttaa siihen.

Reaktionopeusvakio on suhteessa aktivaatioenergiaan Arrhenius-yhtälön kuvaaman monimutkaisen suhteen avulla:

k = Ae-Ea/RT, jossa A on preeksponentiaalinen tekijä; Ea on aktivointienergia, R on yleiskaasuvakio, joka on 8,31 j/mol; T on absoluuttinen lämpötila;

e on luonnollisten logaritmien kanta.

Havaitut reaktionopeusvakiot ovat kuitenkin yleensä paljon pienempiä kuin Arrhenius-yhtälön avulla lasketut. Siksi reaktionopeusvakion yhtälöä muutetaan seuraavasti:

(miinus ennen koko murtolukua)

Kerroin saa nopeusvakion lämpötilariippuvuuden poikkeamaan Arrhenius-yhtälöstä. Koska Arrheniuksen aktivaatioenergia lasketaan reaktionopeuden logaritmisen riippuvuuden kulmakertoimen tangenttina käänteislämpötilasta, niin tehdään sama yhtälöllä , saamme:

Heterogeenisten reaktioiden ominaisuudet. Heterogeenisten reaktioiden nopeus ja sen määräävät tekijät. Heterogeenisten prosessien kineettiset ja diffuusioalueet. Esimerkkejä heterogeenisistä reaktioista, jotka kiinnostavat apteekkia.

HETEROGEENISET REAKTIOT, kemia. reaktiot, joissa on mukana hajoavia aineita. vaiheet ja muodostavat yhdessä heterogeenisen järjestelmän. Tyypilliset heterogeeniset reaktiot: lämpö. suolojen hajoaminen kaasumaisten ja kiinteiden tuotteiden muodostamiseksi (esim. CaCO3 -> CaO + CO2), metallioksidien pelkistäminen vedyllä tai hiilellä (esim. PbO + C -> Pb + CO), metallien liukeneminen happoihin (esim. Zn + + H2SO4 -> ZnSO4 + H2), vuorovaikutus. kiinteät reagenssit (A12O3 + NiO -> NiAl2O4). Eräässä erityisluokassa erotetaan katalyytin pinnalla tapahtuvat heterogeeniset katalyyttiset reaktiot; tässä tapauksessa lähtöaineet ja tuotteet eivät välttämättä ole eri vaiheissa. Suunta, rautakatalyytin pinnalla tapahtuvassa reaktiossa N2 + + 3H2 -> 2NH3 reagoivat aineet ja reaktiotuote ovat kaasufaasissa ja muodostavat homogeenisen systeemin.

Heterogeenisten reaktioiden ominaisuudet johtuvat kondensoituneiden faasien osallistumisesta niihin. Tämä vaikeuttaa lähtöaineiden ja tuotteiden sekoittamista ja kuljettamista; reagenssimolekyylien aktivoituminen rajapinnalla on mahdollista. Minkä tahansa heterogeenisen reaktion kinetiikka määritellään itse kemikaalin nopeudeksi. muunnokset ja siirtoprosessit (diffuusio), jotka ovat välttämättömiä reaktanttien kulutuksen täydentämiseksi ja reaktiotuotteiden poistamiseksi reaktioalueelta. Diffuusioesteiden puuttuessa heterogeenisen reaktion nopeus on verrannollinen reaktioalueen kokoon; tämä on ominaisreaktionopeuden nimi, joka lasketaan reaktion pinta-alaa (tai tilavuutta) kohti. vyöhykkeet, ei muutu ajassa; yksinkertaisissa (yksivaiheisissa) reaktioissa se voi olla määräytyy lain vaikuttavien massojen perusteella. Tämä laki ei täyty, jos aineiden diffuusio etenee hitaammin kuin kemiallinen. kaupunginosa; tässä tapauksessa heterogeenisen reaktion havaittu nopeus kuvataan diffuusiokinetiikan yhtälöillä.

Heterogeenisen reaktion nopeus on aineen määrä, joka tulee reaktioon tai muodostuu reaktion aikana aikayksikköä kohti faasipinnan pinta-alayksikköä kohti.

Kemiallisen reaktion nopeuteen vaikuttavat tekijät:

Reagenssien luonne

reagenssien pitoisuus,

Lämpötila,

Katalyytin läsnäolo.

Vheterog = Δp(S Δt), missä Vheterog on reaktionopeus heterogeenisessä järjestelmässä; n on minkä tahansa reaktiosta syntyvän aineen moolimäärä; V on järjestelmän tilavuus; t - aika; S on sen faasin pinta-ala, jolla reaktio etenee; A - lisäysmerkki (AP = p2 - p1; AT = t2 - t1).

Tehtävä 336.
150 °C:ssa osa reaktiosta on mennyt loppuun 16 minuutissa. Ottaen reaktionopeuden lämpötilakertoimeksi 2,5, laske kuinka kauan tämä reaktio päättyy, jos se suoritetaan: a) 20 °C:ssa 0 °С; b) 80 °C:ssa.
Ratkaisu:
Van't Hoff -säännön mukaan nopeuden riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan ​​yhtälöllä:

v t ja k t - reaktion nopeus ja nopeusvakio lämpötilassa t°C; v (t + 10) ja k (t + 10) samat arvot lämpötilassa (t + 10 0 C); - reaktionopeuden lämpötilakerroin, jonka arvo useimmissa reaktioissa on välillä 2 - 4.

a) Koska kemiallisen reaktion nopeus tietyssä lämpötilassa on kääntäen verrannollinen sen kulun kestoon, korvaamme ongelman ehdossa annetut tiedot kaavalla, joka ilmaisee kvantitatiivisesti van't Hoffin sääntöä, saamme :

b) Koska tämä reaktio etenee lämpötilan laskun myötä, niin tämän reaktion nopeus on tietyssä lämpötilassa suoraan verrannollinen sen kulun kestoon, korvaamme ongelman ehdolla annetut tiedot kaavalla, joka ilmaisee kvantitatiivisesti van't Hoffin sääntö, saamme:

Vastaus: a) 200 °C:ssa t2 = 9,8 s; b) 80 0 С t3 = 162 h 1 min 16 s.

Ongelma 337.
Muuttuuko reaktionopeusvakion arvo: a) kun katalyytti korvataan toisella; b) kun lähtöaineiden pitoisuudet muuttuvat?
Ratkaisu:
Reaktionopeusvakio on arvo, joka riippuu lähtöaineiden luonteesta, lämpötilasta ja katalyyttien läsnäolosta, eikä se riipu lähtöaineiden pitoisuudesta. Se voi olla yhtä suuri kuin reaktionopeus siinä tapauksessa, että reagoivien aineiden pitoisuudet ovat yhtä kuin yksikkö (1 mol/l).

a) Kun yksi katalyytti korvataan toisella, tietyn kemiallisen reaktion nopeus muuttuu tai se kasvaa. Jos käytetään katalyyttiä, kemiallisen reaktion nopeus kasvaa, jolloin vastaavasti myös reaktionopeusvakion arvo kasvaa. Reaktionopeusvakion arvon muutos tapahtuu myös, kun yksi katalyytti korvataan toisella, mikä lisää tai vähentää tämän reaktion nopeutta alkuperäiseen katalyyttiin verrattuna.

b) Kun reagoivien aineiden pitoisuus muuttuu, reaktionopeuden arvot muuttuvat, eikä reaktionopeusvakion arvo muutu.

Ongelma 338.
Riippuuko reaktion lämpövaikutus sen aktivointienergiasta? Perustele vastaus.
Ratkaisu:
Reaktion lämpövaikutus riippuu vain järjestelmän alku- ja lopputilasta, eikä se riipu prosessin välivaiheista. Aktivointienergia on ylimääräistä energiaa, joka ainemolekyylillä on oltava, jotta niiden törmäys johtaisi uuden aineen muodostumiseen. Aktivointienergiaa voidaan muuttaa nostamalla tai laskemalla lämpötilaa, vastaavasti laskemalla tai nostamalla sitä. Katalyytit alentavat aktivaatioenergiaa, kun taas inhibiittorit alentavat sitä.

Siten aktivaatioenergian muutos johtaa muutokseen reaktionopeudessa, mutta ei muutokseen reaktion lämmössä. Reaktion lämpövaikutus on vakioarvo, eikä se riipu tietyn reaktion aktivointienergian muutoksesta. Esimerkiksi reaktio ammoniakin muodostumiselle typestä ja vedystä on:

Tämä reaktio on eksoterminen, > 0). Reaktio etenee reagoivien hiukkasten moolimäärän ja kaasumaisten aineiden moolien määrän pienentyessä, mikä tuo järjestelmän epästabiilista tilasta vakaampaan, entropia pienenee,< 0. Данная реакция в обычных условиях не протекает (она возможна только при достаточно низких температурах). В присутствии катализатора энергия активации уменьшается, и скорость реакции возрастает. Но, как до применения катализатора, так и в присутствии его тепловой эффект реакции не изменяется, реакция имеет вид:

Ongelma 339.
Minkä reaktion, suoran vai käänteisen, aktivoitumisenergia on suurempi, jos suora reaktio etenee lämmön vapautuessa?
Ratkaisu:
Suoran ja käänteisen reaktion aktivointienergian välinen ero on yhtä suuri kuin lämpövaikutus: H \u003d E a (pr.) - E a (arr.) . Tämä reaktio etenee lämmön vapautuessa, ts. on eksoterminen,< 0 Исходя из этого, энергия активации прямой реакции имеет меньшее значение, чем энергия активации обратной реакции:
E a (esim.)< Е а(обр.) .

Vastaus: E a (esim.)< Е а(обр.) .

Tehtävä 340.
Kuinka monta kertaa 298 K:n lämpötilassa etenevän reaktion nopeus kasvaa, jos sen aktivointienergiaa pienennetään 4 kJ/mol?
Ratkaisu:
Merkitään aktivaatioenergian laskua Ea:lla ja reaktion nopeusvakiot ennen aktivointienergian laskua ja sen jälkeen vastaavasti k:lla ja k:lla. Arrhenius-yhtälön avulla saadaan:

E a on aktivointienergia, k ja k" ovat reaktionopeusvakiot, T on lämpötila K (298).
Korvaamalla ongelman tiedot viimeiseen yhtälöön ja ilmaisemalla aktivointienergia jouleina, laskemme reaktionopeuden kasvun:

Vastaus: 5 kertaa.

Tehtävä # 1. Vuorovaikutus vapaan hapen kanssa johtaa erittäin myrkyllisen typpidioksidin muodostumiseen //, vaikka tämä reaktio etenee hitaasti fysiologisissa olosuhteissa ja alhaisilla pitoisuuksilla ei ole merkittävää roolia myrkyllisissä soluvaurioissa, mutta patogeeniset vaikutukset lisääntyvät jyrkästi sen hypertuotanto. Määritä kuinka monta kertaa typpioksidin (II) vuorovaikutusnopeus hapen kanssa kasvaa, kun paine alkukaasuseoksessa kaksinkertaistuu, jos reaktionopeus kuvataan yhtälöllä ?

Ratkaisu.

1. Paineen kaksinkertaistaminen vastaa pitoisuuden kaksinkertaistamista ( Kanssa) ja . Siksi vuorovaikutusnopeudet vastaavat ja ottavat massatoiminnan lain mukaisesti lausekkeet: ja

Vastaus. Reaktionopeus kasvaa 8-kertaiseksi.

Tehtävä # 2. Uskotaan, että yli 25 ppm olevan kloorin (pimeän tuoksuisen vihertävän kaasun) pitoisuus ilmassa on vaarallinen elämälle ja terveydelle, mutta on näyttöä siitä, että jos potilas on toipunut tämän kaasun aiheuttamasta akuutista vakavasta myrkytyksestä, silloin ei havaita jäännösvaikutuksia. Selvitä, kuinka reaktionopeus muuttuu: , kaasufaasissa, jos sitä korotetaan kertoimella 3: pitoisuus , pitoisuus , 3) ​​paine / /?

Ratkaisu.

1. Jos merkitsemme pitoisuudet ja vastaavasti kautta ja , niin reaktionopeuden lauseke saa muotoa: .

2. Kun pitoisuuksia on lisätty kertoimella 3, ne ovat yhtä suuret ja . Siksi reaktionopeuden lauseke saa muotoa: 1) 2)

3. Paineen nousu lisää siten kaasumaisten lähtöaineiden pitoisuutta saman verran

4. Reaktionopeuden kasvu suhteessa alkuvaiheeseen määräytyy vastaavasti suhteella: 1) , 2) , 3) .

Vastaus. Reaktionopeus kasvaa: 1) , 2) , 3) ​​kertaa.

Tehtävä #3. Miten lähtöaineiden vuorovaikutusnopeus muuttuu lämpötilan muutoksen myötä arvosta toiseen, jos reaktion lämpötilakerroin on 2,5?

Ratkaisu.

1. Lämpötilakerroin näyttää kuinka reaktionopeus muuttuu lämpötilan muutoksen myötä jokaisessa (van't Hoff-sääntö):.

2. Jos lämpötilan muutos on: , niin ottaen huomioon, että , saadaan: . Siksi,.

3. Antilogaritmien taulukon mukaan saamme: .

Vastaus. Lämpötilan muutoksella (eli nousulla) nopeus kasvaa 67,7 kertaa.

Tehtävä #4. Laske reaktionopeuden lämpötilakerroin tietäen, että lämpötilan noustessa nopeus kasvaa kertoimella 128.

Ratkaisu.

1. Kemiallisen reaktion nopeuden riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan ​​van't Hoffin peukalosääntöllä:

. Ratkaisemalla yhtälön , löydämme: , . Siksi =2

Vastaus. =2.

Tehtävä numero 5. Yhdelle reaktiosta määritettiin kaksi nopeusvakiota: 0,00670 ja 0,06857. Määritä saman reaktion nopeusvakio kohdassa .

Ratkaisu.

1. Kahden reaktionopeusvakion arvon perusteella määritämme Arrhenius-yhtälön avulla reaktion aktivointienergian: . Tässä tapauksessa: Täältä: J/mol.

2. Laske reaktionopeusvakio pisteessä käyttämällä nopeusvakiota at ja Arrhenius-yhtälöä laskelmissa: . Tässä tapauksessa: ja ottaen huomioon, että: , saamme: . Näin ollen

Vastaus.

Kemiallisen tasapainovakion laskenta ja tasapainosiirtymän suunnan määrittäminen Le Chatelier -periaatteen mukaisesti .

Tehtävä numero 6. Hiilidioksidi / / toisin kuin hiilimonoksidi / / ei riko elävän organismin fysiologisia toimintoja ja anatomista eheyttä, ja niiden tukehduttava vaikutus johtuu vain läsnäolosta korkeissa pitoisuuksissa ja hapen prosenttiosuuden vähenemisestä sisäänhengitetyssä ilmassa. Mikä on yhtä suuri reaktion tasapainovakio / /: lämpötilassa ilmaistuna: a) lähtöaineiden osapaineet; b) niiden moolipitoisuudet , kun tiedetään, että tasapainoseoksen koostumus ilmaistaan ​​tilavuusosuuksina: , ja , ja kokonaispaine systeemissä on Pa?

Ratkaisu.

1. Kaasun osapaine on yhtä suuri kuin kokonaispaine kertaa kaasun tilavuusosuus seoksessa, joten:

2. Korvaamalla nämä arvot tasapainovakion lausekkeeseen, saamme:

3. Suhde ja välillä määritetään ihanteellisten kaasujen Mendeleev Clapeyronin yhtälön perusteella ja ilmaistaan ​​yhtälöllä: , missä on ero kaasumaisten reaktiotuotteiden ja kaasumaisten lähtöaineiden moolien lukumäärän välillä. Tälle reaktiolle: Sitten: .

Vastaus. Pa. .

Tehtävä numero 7. Mihin suuntaan tasapaino muuttuu seuraavissa reaktioissa:

3. ;

a) lämpötilan noustessa, b) paineen laskussa, c) vetypitoisuuden kasvaessa?

Ratkaisu.

1. Järjestelmän kemiallinen tasapaino saadaan aikaan ulkoisten parametrien (jne.) pysyvyyden avulla. Jos nämä parametrit muuttuvat, järjestelmä poistuu tasapainotilasta ja suora (oikealle) tai käänteinen reaktio (vasemmalle) alkaa vallita. Eri tekijöiden vaikutus tasapainon siirtymiseen heijastuu Le Chatelierin periaatteessa.

2. Harkitse kaikkien kolmen kemialliseen tasapainoon vaikuttavan tekijän vaikutusta yllä oleviin reaktioihin.

a) Lämpötilan noustessa tasapaino siirtyy kohti endotermistä reaktiota, ts. reaktio, joka tapahtuu lämmön imeytymisen kanssa. 1. ja 3. reaktio ovat eksotermisiä //, joten lämpötilan noustessa tasapaino siirtyy kohti käänteistä reaktiota ja toisessa reaktiossa // - kohti suoraa reaktiota.

b) Kun paine laskee, tasapaino siirtyy kohti kaasumoolien määrän kasvua, ts. kohti korkeampaa painetta. Ensimmäisessä ja kolmannessa reaktiossa yhtälön vasemmalla ja oikealla puolella on sama numero moolia kaasuja (2-2 ja 1-1). Eli paineen muutos ei aiheuta tasapaino muuttuu järjestelmässä. Toisessa reaktiossa on 4 moolia kaasuja vasemmalla puolella ja 2 moolia oikealla, joten paineen laskiessa tasapaino siirtyy kohti käänteistä reaktiota.

sisään) Reaktiokomponenttien pitoisuuden kasvaessa tasapaino siirtyy kohti niiden kulutusta. Ensimmäisessä reaktiossa vetyä on tuotteissa, ja sen pitoisuuden lisääminen tehostaa käänteistä reaktiota, jonka aikana sitä kulutetaan. 2. ja 3. reaktiossa vety on alkuaineiden joukossa, joten sen pitoisuuden nousu siirtää tasapainoa kohti vedyn kulutuksen myötä etenevää reaktiota.

Vastaus.

a) Lämpötilan noustessa reaktioissa 1 ja 3 tasapaino siirtyy vasemmalle ja reaktiossa 2 - oikealle.

b) Reaktioihin 1 ja 3 paineen lasku ei vaikuta, ja reaktiossa 2 tasapaino siirtyy vasemmalle.

c) Lämpötilan nousu reaktioissa 2 ja 3 johtaa tasapainon siirtymiseen oikealle ja reaktiossa 1 vasemmalle.

1.2. Tilannetehtävät №№ 7-21 koota materiaalia (suorita protokollamuistikirjassa).

Tehtävä numero 8. Kuinka glukoosin hapettumisnopeus kehossa muuttuu lämpötilan laskeessa välillä arvoon, jos reaktionopeuden lämpötilakerroin on 4?

Tehtävä numero 9.Laske likimääräisellä van't Hoff -säännöllä kuinka paljon lämpötilaa pitää nostaa, jotta reaktionopeus kasvaa 80-kertaiseksi? Ota lämpötilan nopeuskerroin yhtä suureksi kuin 3.

Tehtävä numero 10. Reaktion pysäyttämiseksi käytännössä käytetään reaktioseoksen nopeaa jäähdytystä ("reaktion jäädyttäminen"). Määritä kuinka monta kertaa reaktionopeus muuttuu, kun reaktioseos jäähdytetään 40 °C:sta °C:seen, jos reaktion lämpötilakerroin on 2,7.

Tehtävä numero 11. Tiettyjen kasvainten hoitoon käytetyn isotoopin puoliintumisaika on 8,1 päivää. Minkä ajan kuluttua radioaktiivisen jodin pitoisuus potilaan kehossa vähenee viisinkertaiseksi?

Tehtävä numero 12. Joidenkin synteettisten hormonien (farmaseuttinen) hydrolyysi on ensimmäisen asteen reaktio, jonka nopeusvakio on 0,25 (). Miten tämän hormonin pitoisuus muuttuu 2 kuukauden kuluttua?

Tehtävä numero 13. Radioaktiivisen aineen puoliintumisaika on 5600 vuotta. Elävässä organismissa määrä säilyy vakiona aineenvaihdunnan ansiosta. Mammutin jäännösten sisältö oli alkuperäisestä. Milloin mammutti eli?

Tehtävä numero 14. Hyönteisten torjunta-aineen (hyönteisten torjuntaan käytettävä torjunta-aine) puoliintumisaika on 6 kuukautta. Tietty määrä sitä pääsi säiliöön, jossa määritettiin pitoisuus mol / l. Kuinka kauan kestää, että hyönteismyrkkypitoisuus laskee mol/l-tasolle?

Tehtävä numero 15. Rasvat ja hiilihydraatit hapettuvat huomattavalla nopeudella lämpötilassa 450 - 500 ° ja elävissä organismeissa - lämpötilassa 36 - 40 °. Mistä johtuu hapettumiseen vaadittavan lämpötilan voimakas lasku?

Tehtävä numero 16. Vetyperoksidi hajoaa vesiliuokset hapelle ja vedelle. Reaktiota kiihdyttää sekä epäorgaaninen katalyytti (ioni) että bioorgaaninen (katalaasientsyymi). Reaktion aktivointienergia ilman katalyyttiä on 75,4 kJ/mol. Ioni pienentää sen arvoon 42 kJ/mol ja entsyymi katalaasi 2 kJ/mol. Laske reaktionopeuksien suhde katalyytin puuttuessa tapauksissa, joissa on ja katalaasi. Mitä johtopäätöksiä voidaan tehdä entsyymin aktiivisuudesta? Reaktio etenee 27 °C:n lämpötilassa.

Tehtävä numero 17 Penisilliinin hajoamisnopeusvakio radiopuhelimella J/mol.

1.3. testikysymykset

1. Selitä mitä termit tarkoittavat: reaktionopeus, nopeusvakio?

2. Miten kemiallisten reaktioiden keskimääräinen ja todellinen nopeus ilmaistaan?

3. Miksi on järkevää puhua vain kemiallisten reaktioiden nopeudesta Tämä hetki aika?

4. Muotoile palautuvien ja irreversiibelien reaktioiden määritelmä.

5. Määrittele massatoiminnan laki. Kuvaako tätä lakia ilmaiseva yhtälö reaktionopeuden riippuvuutta reagoivien aineiden luonteesta?

6. Miten reaktionopeus riippuu lämpötilasta? Mikä on aktivointienergia? Mitä ovat aktiiviset molekyylit?

7. Mitkä tekijät määräävät homogeenisen ja heterogeenisen reaktion nopeuden? Antaa esimerkkejä.

8. Mikä on kemiallisten reaktioiden järjestys ja molekylaarisuus? Missä tapauksissa ne eivät täsmää?

9. Mitä aineita kutsutaan katalyyteiksi? Mikä on katalyytin toiminnan kiihdyttämisen mekanismi?

10. Mikä on "katalyyttimyrkytys"? Mitä aineita kutsutaan inhibiittoreiksi?

11. Mitä kutsutaan kemialliseksi tasapainoksi? Miksi sitä kutsutaan dynaamiseksi? Mitä reagoivien aineiden pitoisuuksia kutsutaan tasapainoiksi?

12. Mitä kutsutaan kemialliseksi tasapainovakioksi? Riippuuko se reagoivien aineiden luonteesta, niiden pitoisuudesta, lämpötilasta, paineesta? Mitkä ovat tasapainovakion matemaattisen merkinnän ominaisuudet heterogeenisissä järjestelmissä?

13. Mikä on lääkkeiden farmakokinetiikka?

14. Lääkkeen kanssa kehossa tapahtuville prosesseille on kvantitatiivisesti tunnusomaista useat farmakokineettiset parametrit. Anna tärkeimmät.

Reaktionopeuden nousu lämpötilan noustessa on yleensä tunnusomaista reaktionopeuden lämpötilakertoimella, joka osoittaa kuinka monta kertaa tietyn reaktion nopeus kasvaa järjestelmän lämpötilan noustessa 10 °C. Eri reaktioiden lämpötilakerroin on erilainen. Tavallisissa lämpötiloissa sen arvo useimmissa reaktioissa on välillä 2 ... 4.

Lämpötilakerroin määritetään niin sanotun "van't Hoff -säännön" mukaisesti, joka ilmaistaan ​​matemaattisesti yhtälöllä

v 2 /v 1 = g( T 2 – T 1)/10 ,

missä v 1 ja v 2 – reaktionopeudet lämpötiloissa T 1 ja T 2; g on reaktion lämpötilakerroin.

Joten esimerkiksi jos g = 2, niin for T 2 - T 1 = 50 °С v 2 /v 1 = 2 5 = 32, so. reaktio kiihtyi 32 kertaa, eikä tämä kiihtyvyys riipu millään tavalla absoluuttisista arvoista T 1 ja T 2, mutta vain niiden eron perusteella.

aktivointienergiaa, kemiallisen reaktion alkuvaiheessa olevien hiukkasten (molekyylien, radikaalien, ionien jne.) keskimääräisen energian ja kaikkien reagoivan järjestelmän hiukkasten keskimääräisen energian välinen ero. Eri kemiallisiin reaktioihin E. ja. vaihtelee suuresti - muutamasta ~ 10:een j./mol. Samalle kemialliselle reaktiolle arvo E. a. riippuu molekyylien jakautumisfunktioiden tyypistä niiden translaatioliikkeen energioiden ja sisäisten vapausasteiden (elektroninen, värähtely, rotaatio) suhteen. Tilastollisena arvona E. a. tulee erottaa kynnysenergiasta tai energiaesteestä - vähimmäisenergiasta, joka yhdellä törmäyshiukkasparilla on oltava, jotta tietty alkeisreaktio tapahtuisi.

Arrheniuksen yhtälö, nopeusvakion lämpötilariippuvuus to alkuainekemia. reaktiot:

missä A on preeksponentiaalinen tekijä (ulottuvuus on sama kuin k:n ulottuvuus), E a-aktivointienergia, joka yleensä hyväksyy positiivisen. arvot, T-abs. lämpötila, k-Boltzmannin vakio. On tapana lainata E a per molekyyli. ja hiukkasten lukumäärästä N A\u003d 6,02 * 10 23 (Avogadron vakio) ja ilmaistaan ​​kJ / mol; näissä tapauksissa Arrhenius-yhtälössä arvo k vaihda kaasuvakio R. Kaavio 1nk vs. 1 /kT(Arrhenius-kaavio) - suora viiva, jonka negatiivinen kaltevuus määräytyy aktivointienergian mukaan E a ja luonnehtii positiivista. lämpötilariippuvuus to.

Katalyytti - Kemiallinen aine, joka nopeuttaa reaktiota, mutta ei ole osa reaktiotuotteita. Katalyytin määrä, toisin kuin muut reagenssit, ei muutu reaktion jälkeen. On tärkeää ymmärtää, että katalyytti on mukana reaktiossa. Tarjoten reaktiolle nopeamman reitin katalyytti reagoi lähtöaineen kanssa, tuloksena oleva välituoteyhdiste muuttuu ja lopulta hajoaa tuotteeksi ja katalyytiksi. Sitten katalyytti reagoi jälleen lähtöaineen kanssa, ja tämä katalyyttinen sykli toistetaan monta kertaa (jopa miljoona kertaa) [ lähde?] toistetaan.

Katalyytit luokitellaan homogeeninen ja heterogeeninen. Homogeeninen katalyytti on samassa faasissa lähtöaineiden kanssa, heterogeeninen muodostaa itsenäisen faasin, joka on erotettu rajapinnalla faasista, jossa reagoivat aineet sijaitsevat. Tyypillisiä homogeenisia katalyyttejä ovat hapot ja emäkset. Metalleja, niiden oksideja ja sulfideja käytetään heterogeenisina katalyytteinä.

Samantyyppiset reaktiot voivat edetä sekä homogeenisten että heterogeenisten katalyyttien kanssa. Siten happoliuosten ohella käytetään kiinteitä Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , alumiinisilikaatteja ja zeoliitteja, joilla on happamia ominaisuuksia. Heterogeeniset katalyytit, joilla on perusominaisuudet: CaO, BaO, MgO.

Heterogeenisillä katalyyteillä on pääsääntöisesti erittäin kehittynyt pinta, jota varten ne on jaettu inertille kantajalle (silikageeli, alumiinioksidi, aktiivihiili jne.).

Jokaisessa reaktiotyypissä vain tietyt katalyytit ovat tehokkaita. Jo mainittujen lisäksi happo-emäs, on katalyyttejä redox; niille on tunnusomaista siirtymämetallin tai sen yhdisteen (Co +3, V 2 O 5 + MoO 3) läsnäolo. Tässä tapauksessa katalyysi suoritetaan muuttamalla siirtymämetallin hapetustilaa.

Hajautettu järjestelmä- nämä ovat kahdesta tai useammasta faasista (kappaleista) koostuvia muodostumia, jotka eivät sekoitu lainkaan tai käytännössä eivätkä reagoi kemiallisesti keskenään. Ensimmäinen aineista dispergoitu faasi) jakautuu hienojakoisesti toisessa ( dispersioväliaine). Jos faaseja on useita, ne voidaan erottaa fyysisesti toisistaan ​​(sentrifugoimalla, erottamalla jne.).

Yleensä dispergoidut järjestelmät ovat kolloidisia liuoksia, sooleja. Dispergoidut järjestelmät sisältävät myös tapauksen kiinteästä dispergoidusta väliaineesta, jossa dispergoitu faasi sijaitsee.

Yleisin dispersiojärjestelmien luokittelu perustuu dispersioväliaineen ja dispergoituneen faasin aggregaatiotilan eroon. Kolmen tyyppisen aggregaattitilan yhdistelmät mahdollistavat yhdeksän tyyppisen hajautettujen järjestelmien erottamisen. Lyhyyden vuoksi niitä merkitään yleensä murto-osalla, jonka osoittaja osoittaa dispergoituneen faasin ja nimittäjä dispersioväliaineen, esimerkiksi "kaasu nesteessä" -järjestelmässä käytetään merkintää G/L.

kolloidiset liuokset. Kolloidinen tila on ominaista monille aineille, jos niiden hiukkasten koko on 1-500 nm. On helppo osoittaa, että näiden hiukkasten kokonaispinta-ala on valtava. Jos oletetaan, että hiukkaset ovat pallon muotoisia, joiden halkaisija on 10 nm, niin näiden kokonaistilavuudella hiukkasia 1 cm 3 heillä on

pinta-ala noin 10 m2. Kuten aiemmin mainittiin, pintakerrokselle on ominaista pintaenergia ja kyky adsorboida tiettyjä hiukkasia, mukaan lukien ionit

ratkaisusta. ominaispiirre kolloidiset hiukkaset ovat varauksen läsnäoloa niiden pinnalla, mikä johtuu ionien selektiivisestä adsorptiosta. Kolloidisella hiukkasella on monimutkainen rakenne. Se sisältää ytimen, adsorboituneet ionit, kontraiinit ja liuottimen. On lyofiilisiä (guid.

rofiiliset) kolloidit, joissa liuotin on vuorovaikutuksessa hiukkasten ytimien kanssa, ilnofobiset (hydrofobiset) kolloidit, joissa liuotin ei ole vuorovaikutuksessa ytimien kanssa

hiukkasia. Liuotin sisältyy hydrofobisten hiukkasten koostumukseen vain adsorboitujen ionien solvaattikuorena tai stabilointiaineiden (pinta-aktiivisten aineiden) läsnä ollessa, joissa on lyofobisia ja lyofiilisiä osia.

Tässä on joitain esimerkkejä kolloidisista hiukkasista:

Miten. voidaan nähdä, että ydin koostuu sähköisesti neutraalista hiukkasten aggregaatista, jossa on ytimen muodostavien alkuaineiden adsorboituneita ioneja (näissä esimerkeissä Ag+-, HS-, Fe3+-ionit). Kolloidisessa hiukkasessa on ytimen lisäksi vastaioneja ja liuotinmolekyylejä. Adsorboituneet ionit ja vastaionit muodostavat adsorboituneen kerroksen liuottimen kanssa. Hiukkasen kokonaisvaraus on yhtä suuri kuin adsorboitujen ionien ja vastaionien varausten välinen ero. Hiukkasten ympärillä on diffuusi ionikerros, jonka varaus on yhtä suuri kuin kolloidisen hiukkasen lukumäärä. Kolloidihiukkaset ja diffuusikerrokset muodostavat sähköisesti neutraalin misellin

Misellit(latin deminutiivi. kiille- hiukkanen, jyvä) - kolloidisissa järjestelmissä olevat hiukkaset, koostuvat erittäin pienestä ytimestä, joka ei liukene tiettyyn väliaineeseen, jota ympäröi adsorboitujen ionien ja liuotinmolekyylien stabiloiva kuori. Esimerkiksi arseenisulfidimisellin rakenne on:

((As 2 S 3) m nHS − (n-x)H + ) x- xH +

Misellien keskikoko on 10 -5 - 10 -7 cm.

Koagulaatio- kolloidisen liuoksen erottaminen kahdeksi faasiksi - liuottimeksi ja hyytelömäiseksi massaksi tai liuoksen paksuuntuminen liuenneen aineen hiukkasten karkeutumisen seurauksena

Peptisaatio on prosessi, jossa kolloidinen saka tai geeli muuttuvat kolloidiseksi liuokseksi nesteen tai siihen lisättyjen aineiden vaikutuksesta, jotka sakka tai geeli adsorboivat hyvin, tässä tapauksessa kutsutaan peptisoijaksi (esim. sapen toiminta).
Peptisointi - geelihiukkasten (hyytelö) tai irtonaisten sedimenttien aggregaattien erottaminen tiettyjen aineiden vaikutuksesta - peptisoijat kolloidisten liuosten koaguloinnin jälkeen. Peptisoinnin seurauksena sakka (tai geeli) siirtyy suspendoituneeseen tilaan.

RATKAISUT, yksivaiheiset järjestelmät, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta komponentista. Aggregaatiotilansa mukaan liuokset voivat olla kiinteitä, nestemäisiä tai kaasumaisia.

Liukoisuus, aineen kyky muodostaa toisen aineen (tai aineiden) kanssa homogeenisia seoksia, joissa komponentit jakautuvat hajallaan (katso Liuokset). Yleensä liuottimena pidetään ainetta, joka esiintyy puhtaassa muodossaan samassa aggregaatiotilassa kuin tuloksena oleva liuos. Jos molemmat aineet olivat ennen liukenemista samassa aggregaatiotilassa, liuottimen katsotaan olevan seoksessa huomattavasti suurempi määrä aine.

Liukoisuuden määrää liuottimen ja liuenneen aineen molekyylien fysikaalinen ja kemiallinen affiniteetti, energioiden suhde liuoksen homogeenisten ja erilaisten komponenttien vuorovaikutuksen perusteella. Yleensä ne liukenevat hyvin toisiinsa, fysikaalisesti samanlaisia. ja chem. aineen ominaisuudet (empiirinen sääntö "samanlainen liukenee samanlaiseen"). Erityisesti polaarisista molekyyleistä koostuvat aineet ja ionisidostyyppiset aineet ovat hyvin sooleita. polaarisissa liuottimissa (vesi, etanoli, nestemäinen ammoniakki) ja ei-polaariset aineet liukenevat hyvin. ei-polaarisissa liuottimissa (bentseeni, hiilidisulfidi).

Tietyn aineen liukoisuus riippuu lämpötilasta ja paineesta vastaa yleinen periaate tasapainojen siirtyminen (katso Le Chatelier-Brownin periaate). Kyllästetyn liuoksen pitoisuus tietyissä olosuhteissa määrittää numeerisesti aineen R.:n tietyssä liuottimessa ja sitä kutsutaan myös nimellä. liukoisuus. Ylikyllästetyt liuokset sisältävät suuremman määrän liuennutta ainetta kuin mikä vastaa sen liukoisuutta, ylikyllästettyjen liuosten olemassaolo johtuu kineettisestä. kiteytymisvaikeudet (katso Uuden vaiheen alkuperä). Heikosti liukenevien aineiden liukoisuuden karakterisoimiseksi käytetään PA-aktiivisuuden tuotetta (liuoksille, jotka ovat ominaisuuksiltaan lähellä ihannetta, PR:n liukoisuuden tuloa).