Химическая кинетика. Молекулярность и порядок реакции. Факторы, влияющие на скорость
Основные понятия кинетики
Основные понятия кинетики
Факторы, влияющие на скорость
Факторы, влияющие на скорость
Основные положения теории активных соударений
Энергия активации
Способы расчёта Еа
Молекулярность реакции
Порядок реакции  …
Кинетические уравнения для элементарных реакций 0, I и II порядка
Методы определения П
Катализа́тор — …
Виды катализа
Кинетическая работа фермента
Графическое отображение уравнения Михаэлиса–Ментен
Конкурентное ингибирование
Неконкурентное ингибирование
1.06M
Категория: ХимияХимия

Химическая кинетика. Молекулярность и порядок реакции. Факторы, влияющие на скорость. (Лекция 06)

1. Химическая кинетика. Молекулярность и порядок реакции. Факторы, влияющие на скорость

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА.
МОЛЕКУЛЯРНОСТЬ И ПОРЯДОК
РЕАКЦИИ. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ
НА СКОРОСТЬ
Лекция №6
Лектор: канд. хим. наук.,
доцент Иванова Н.С.

2. Основные понятия кинетики

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕТИКИ
Кинетика раздел химии, изучающий
механизмы химических реакций и
скорости их протекания.
Скорость изменение концентрации
(моль/л) реагирующих веществ в
единицу времени (сек., мин., час).
2

3. Основные понятия кинетики

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕТИКИ
Для реакции в общем виде
aA + bB xX + yY
скорость описывается кинетическим уравнением:
c(A) c(X )
υ
t
t
dc
υ
dt
Выражение для
средней скорости
Выражение для истинной
скорости
3

4. Факторы, влияющие на скорость

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ
1.
реагирующих веществ: определяется
видом частиц (атомы, молекулы, ионы).
2.
реагирующих веществ: описывается
законом действующих масс (ЗДМ)
υ k c c
a
A
b ,
B
где k const скорости реакции.
4

5. Факторы, влияющие на скорость

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СКОРОСТЬ
: описывается правилом Вант-
3.
Гоффа
υT2
υT1
γ
T
10
Для химических реакций
= 2-4, для ферментативных
= 7-9.
Якоб Хендрик Вант-Гофф
(1852-1911)
5

6. Основные положения теории активных соударений

6

7. Энергия активации

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ
k A e
Ea
RT
,
где Еа (кДж/моль) энергия активации.
минимальная энергия частиц, достаточная для
того, чтобы частицы вступили в реакцию.
ln
k T2
k T1
Ea 1 1
R T1 T2
7
Уравнение Аррениуса

8. Способы расчёта Еа

СПОСОБЫ РАСЧЁТА ЕА
1. По уравнению Аррениуса.
2. Графический
Ea
tgφ
2,3R
lg υ
C
A
B
1
T
8

9. Молекулярность реакции

МОЛЕКУЛЯРНОСТЬ РЕАКЦИИ
Число молекул реагентов, участвующих в простой
одностадийной реакции, состоящей из одного
элементарного акта, называется
реакции.
Мономолекулярная реакция:
Бимолекулярная реакция:
Пример относительно редкой тримолекулярной
реакции:
9

10. Порядок реакции  …

ПОРЯДОК РЕАКЦИИ …
… всех показателей степеней концентраций
реагирующих веществ в ЗДМ.
υ k c c
a
A
b
B
;
П=a+b
Порядок реакции по веществу A равен a.
отражает общую зависимость
скорости от концентрации и часто не совпадает с
молекулярностью.
10

11. Кинетические уравнения для элементарных реакций 0, I и II порядка

КИНЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ
ЭЛЕМЕНТАРНЫХ РЕАКЦИЙ 0, I И II ПОРЯДКА
П
Кинетическое
уравнение в
интегральной форме
0
c0 c
k
t
I
1 c0
k ln
t c
II
1 1 1
k
t c c0
Период
Единицы
полупревращени
измерения k
я
моль л-1 с-1
с-1
моль-1 с-1 л
c0
τ
2k
ln 2
τ
k
1
τ
c0 k
11

12. Методы определения П

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ П
1. Метод изолирования Оствальда.
2. Метод подбора кинетических
уравнений.
lg υ
3. Графический
C
tg = П
lg k
A
B
12
lg c A

13.

4. Ката́лиз (от греч.
κατάλυσις, восходит к
καταλύειν —
разрушение) — явление
изменения скорости
химической или
биохимической реакции в
присутствии веществ,
количество и состояние
которых в ходе реакции не
изменяются.
Термин «катализ» был
введён в 1835 году
шведским учёным
Берцелиусом.
Йёнс Якоб Берцелиус
(1779–1848)
13

14. Катализа́тор — …

КА Т А Л И З А ́ТОР — …
…вещество,
ускоряющее
реакцию,
но
не
входящее в состав продуктов реакции.
В отношении катализатора выполняются 2
условия:
1. катализатор ускоряет реакцию, для которой
G 0.
2.
Катализатор
не
смещает
равновесия, т.е. не влияет на Кр.
химического
14

15. Виды катализа

ВИДЫ КАТАЛИЗА
1. Гомогенный катализ – катализатор
находится
в
одной
фазе
с
субстратом.
Характерным примером является кислотноосновный катализ, который реализуется в
организме при гидролизе жиров, спиртовом
и молочном брожении, окислении С6Н12О6 и
т. п. Скорость определяется по формуле:
k Kt A k c Kt
15

16.

Субстрат
Продукт
Фермент
Н+
16

17.

ВИДЫ КАТАЛИЗА
2.
Гетерогенный
катализ

катализатор
и
субстрат находятся в разных фазах. Особенность
таких
катализаторов
наличие
активных
и
аллостерических центров.
Активный
центр
центр,
обладающий
каталитической активностью.
Аллостерический центр участвует в явлении,
которое
носит
название
индуцированная
приспособляемость фермента к субстрату и наоборот.17

18.

ВИДЫ КАТАЛИЗА
3. Ферментативный катализ (биокатализ) –
ускорение
биохимических
реакций
при
участии
белковых макромолекул, называемых ферментами
(энзимами).
Этот
вид
катализа
относится
к
микрогетерогенному катализу, но имеет аналогии и с
гомогенным катализом. Отличие ферментов от других
катализаторов высокая активность и селективность
первых.
18

19.

Эмиль Герман Фишер
(1852-1919)
В 1890 г. предположил, что
специфичность
ферментов
определяется
точным
соответствием
формы
активного центра фермента и
структуры субстрата. Такая
трактовка
называется
моделью «ключ-замок».
19

20.

За счёт образования Е-S комплекса, в
котором перераспределены электроны в
субстрате,
уменьшается
прочность
разрываемых
связей,
значительно
уменьшается Еа, а скорость реакции сильно
возрастает.
20

21.

Трактовка Фишера объясняет действие селективного
фермента.
Для
реалистична
фермента
индуцированная
к
субстраты
неселективного

субстрату
слишком
и
фермента
более
приспособляемость
наоборот.
большие
Неправильные
или
слишком
маленькие — не подходят к активному центру, поэтому
аллостерический центр «подгоняет» структуру субстрата
под структуру активного центра.
Е
P1
P2
21
S

22. Кинетическая работа фермента

КИНЕТИЧЕСКАЯ РАБОТА
ФЕРМЕНТА
Уравнение Михаэ́лиса – Ме́нтен — описывает
зависимость скорости реакции, катализируемой
ферментом, от концентрации субстрата и фермента.
Простейшая кинетическая схема, для которой
справедливо уравнение Михаэлиса:
Уравнение имеет вид:
E S ES E P
Vm S
V0
S K m
где Vm – максимальная скорость реакции, равная kcatEo;
KM – константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при
22
которой скорость реакции составляет половину от максимальной;
S – концентрация субстрата.

23. Графическое отображение уравнения Михаэлиса–Ментен

ГРАФИЧЕСКОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ
УРАВНЕНИЯ МИХАЭЛИСА–МЕНТЕН
При низких [S] реакция I порядка; V=k[S]
При высоких [S] реакция 0 порядка; V=k[E]
23

24.

Ингибитор (лат. inhibere — задерживать)
— вещество, замедляющее или
предотвращающее течение различных
химических реакций.
Ферментативный ингибитор —
вещество, замедляющее протекание
ферментативной реакции.
24

25. Конкурентное ингибирование

КОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ
Ингибитор конкурирует с субстратом за
активный центр фермента. В результате не
образуется ES комплекс и продукты реакции.
25

26. Неконкурентное ингибирование

НЕКОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ
Ингибитор не мешает связыванию
субстрата с ферментом. Он способен
присоединяться как к свободному
ферменту, так и к ферментсубстратному
комплексу
с
одинаковой
эффективностью.
Ингибитор
вызывает
такие
конформационные
изменения,
которые не позволяют ферменту
превращать субстрат в продукт, но
не влияют на сродство фермента к
субстрату.
26

27.

I
S
EE
27

28.

28
English     Русский Правила