Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. П

Название учебного заведения

Кафедра

Доклад

на тему: «Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Понятие о теории активных соударений»

Проверил:

Выполнил:

Город – 2023

Процессы обмена веществ представляют множество биохимических реакций, протекающих с согласованными между собой скоростями. Та же реакция в зависимости от условий проведения процесса может протекать с разной скоростью. Так, глюкоза медленно «сгорает» в организме в процессе биологического окисления, совсем не окисляется на воздухе и взрывается с жидким кислородом при добавлении микроколичеств некоторых солей в качестве катализаторов [6].

Химическая термодинамика позволяет определить энергетику реакций, в том числе и биохимических, дает возможность прогнозировать, может ли стать самопроизвольным тот или иной процесс в зависимости от условий, если известно соответствующее изменение энергии Гиббса [3]. Однако термодинамика ничего не говорит о том, как быстро будет протекать та или иная реакция. Для этого нужно знать механизм данной химической реакции. Изучение механизмов реакций и определение их скоростей составляет предмет химической кинетики.

Скоростью химической реакции (υ) называют изменение количества вещества за единицу времени в единице объема для гомогенных реакций и на единицу поверхности для гетерогенных реакций [9]:

υ = ∆n / υ∆nτ , моль/м3с – гомогенные реакции

υ = ∆n / s∆nτ , моль/м3с – гетерогенные реакции

В ходе реакции изменяются концентрации реагирующих веществ и соответственно меняется скорость реакции. Чем короче промежуток времени Δτ, тем меньше изменение концентраций ΔC и тем ближе отношение ΔC/Δτ к истинной (или мгновенной) скорости реакции. Однако концентрации веществ в химическом процессе изменяются непрерывно, поэтому правильнее говорить не о средней, а об истинной скорости реакции, производной от концентрации по времени:[pic 1]

Как истинную, так и среднюю скорость реакции можно определить графически – через тангенс угла наклона касательной (ϑст) к кривой зависимости концентраций от времени или через тангенс угла наклона секущей (ϑсер), что представлено на рисунке 1 [2]:

ϑист = tg α,

ϑсер = tg β.[pic 2]

Рисунок 1. Графическое определение средней скорости и истинной скорости реакции

Основными факторами, влияющими на скорость химической реакции, являются: концентрация, температура, природа реагирующих веществ и наличие катализатора [1].

Воздействие концентрации определяется законом действующих масс, сформулированным в 1867 году норвежцами К Гульбергом и П. Вааге: при постоянной температуре скорость химической реакции в каждый момент времени прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ.

Для реакции (2А+В → продукты) зависимость скорости гомогенной реакции от концентрации реагирующих веществ можно записать в виде:

υ = k [А]2 [В]

где k —  константа скорости химической реакции, численно равная скорости химической реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л. Это уравнение называют кинетическим. Следует помнить, что в кинетическом уравнении записываются только концентрации веществ, находящихся в газовой или жидкой фазе, так как концентрации твердых веществ постоянны, следовательно, входят в константу скорости реакции [8].

Приведенные кинетические уравнения как аналитические выражения закона действующих масс могут применяться только для идеальных систем, в которых термохимическое уравнение отражает механизм реакции. При применении закона действующих масс к реальным системам следует пользоваться активностями, а не концентрациями, и показатели степеней в уравнении находить опытным путем.

Повышение температуры существенно увеличивает скорость химических реакций. Это объясняется увеличением хаотичности движения молекул, что приводит к увеличению количеств столкновений. В 1879 году Вант-Гоффом было сформулировано эмпирическое правило: при увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции возрастает в 2-4 раза: