Раздел III. Кинетика, катализ, химическое равновесие

Актуальность

Практически все биохимические реакции, протекающие в живых организмах, являющиеся каталитическими, т.е. осуществляются в присутствии биокатализаторов-ферментов. Все ферментативные биохимические реакции подчиняются законам кинетики в приложении к биосистемам.

В основе кинетики различных биологических процессов, направлении биохимических реакций, биоэлектрических явлений, проницаемости биологических мембран, лежит химическая кинетика – учение о скорости химических реакций.

Методы кинетики биологических процессов широко применяются при изучении физико-химических механизмов возникновения патологических состояний организмов, динамики ферментативных процессов (нормы и патологии), в фармакокинетике, иммунокинетике.

Понимание основных закономерностей химической кинетики, катализа и состояния химического равновесия необходимо для изучения бионеорганической, биологической и токсикологической химии, фармакологии, действия на живой организм различных лекарственных препаратов.

Цель: получить системные знания о закономерностях протекания химических и биохимических реакций, влияния различных факторов на скорости реакции.

III. 6 Кинетика, катализ, химическое равновесие

Кинетика – раздел физической химии, изучающий скорости и механизмы химических реакций.

Скорость химической реакции – это число элементарных актов реакции в единицу времени в единицу объема (для гомогенных систем) или на единицу поверхности раздела фаз (для гетерогенных систем)

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химических реакций – закон действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна действующим массам – молярным концентрациям реагирующих веществ, взятым в степени соответствующих стехиометрических коэффициентов: а А + bB = сС + dD

Vпр.р. = k[A]^a ∙ [B]^b

Vобр.р. = k[C]^c ∙ [D]^d

k – константа скорости химической реакции

Закон действующих масс (примеры)

1. Гомогенные реакции:

2NO_(г) +O_2(г) = 2NO₂(г)

Vпр.р.=k[NO]²∙[O₂]

2. Гетерогенные реакции

Zn_(тв) +2HCl_(ж) = ZnCl_2(р-р) + H_2(г)

Vпр.р.= k[HCl]²

Молекулярность простых реакций

а) мономолекулярные I₂ = I + I

б) бимолекулярные I₂ + H₂ = 2HI

в) тримолекулярные O₂ +2H₂ =2 H₂O

Влияние температуры на скорость химических реакций

Закон Вант-Гоффа (Вант-Гофф Якоб Хендрик (1852 – 1911) - голландский химик, один из основателей современной физической химии и стереохимии): при повышении t на каждые 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2–4 раза

V _t2 =V _t1 · γ

k _t2 =k _t1 · γ

Влияние катализаторов на скорость химических реакций

Катализаторы – вещества, изменяющие скорость химических реакций

Катализ – изменение скорости реакции под действием катализаторов.

Особенности биокатализаторов:

1. Высокая эффективность:

а) без каталазы:

2H₂O₂ = 2H₂O +O₂ (E_a = 75 кДж/моль)

б) с каталазой:

2H₂O₂ = 2H₂O +O₂ (E_a = 23 кДж/моль)