16. Природа каталітичної дії. Ферментативний каталіз

Ката́ліз— зміна швидкостей хімічних реакцій чи їх збудження внаслідок дії речовин (каталізаторів), які беруть участь у процесах, однак не входять до складу кінцевих продуктів.

Каталітична активність ферменту – це здатність ферменту перетворювати визначену кількість молекул субстрату, тоді як сам він до кінця реакції залишається незмінним. Ферменти розрізняються по своїй каталітичній здатності. Каталітичну активність ферментів виражають в одиницях активності. Позитивним називають каталіз, при якому швидкість реакції зростає, негативним (інгібуванням) - при якому вона зменшується. Прикладом позитивного каталізу може служити процес окислення аміаку на платині при отриманні азотної кислоти. Прикладом негативного - зниження швидкості корозії при введенні в рідину, в якій експлуатується метал, нітриту натрію, хромату і дихромата калію.

Каталізатори, що уповільнюють хімічну реакцію, називаються інгібіторами.

У залежності від того, знаходиться каталізатор в тій же фазі, що і реагують речовини, або утворює самостійну фазу, говорять про гомогенному або гетерогенному каталізі.

Прикладом позитивного каталізу є ферментативний каталіз. Цей вид каталітичних реакцій ще називають мікрогетерогенним каталізом. У ролі каталізатора виступають речовини білкової природи, які мають молекули великих розмірів та складної будови. Більшість біологічних процесів, які відбуваються в організмах тварин та рослин, є каталі-тичними. Швидкості таких реакцій регулюються речовинами-каталізаторами - ферментами.

•Характерні особливості каталітичних реакцій:

1. Каталізатор не впливає на стан термодинамічної рівноваги, а лише змінює швидкість досягнення рівноважного стану. Він не може викликати реакцію, яка буде проходити у напрямку зростання енергії Гіббса або енергії Гельмгольца.

2. Дія каталізатора вибіркова. Для конкретних взаємодіючих речовин він лише посилює певні реакції.

3. Швидкість гомогенної каталітичної реакції у більшості ви-падків прямо пропорційна концентрації каталізатора.

4. Дія каталізатора залежить від його фізичного стану та від наявності сторонніх речовин.

Речовини, які посилюють дію каталізатора, називаються промоторами. Наприклад, реакція синтезу аміаку на металевому каталізаторі може прискорюватися діоксидом калію. Речовини, які знижують ефективність дії каталізатора, називають каталітичною отрутою. Як правило, це сполуки сірки, фосфору, свинцю та миш'яку, а також ртуть, оксид вуглецю та вільні галогени.

17. Швидкість хімічної реакції та фактори, що на неї впливають

Швидкість хімічної реакції визначається кількістю речовини, що прореагувала за одиницю часу в одиниці об’єму.

Формула середньої швидкості хімічної реакції:

Де v — середня швидкість хімічної реакції, ∆C— зміна концентрації реагенту, ∆t — час.

• Чинники, що впливають на швидкість хімічної реакції

1) Природа реагуючих речовин.

2) Агрегатний стан реагуючих речовин.

3) Концентрація реагуючих речовин.

Основний закон хімічної кінетики — закон діючих мас для швидкості хімічних реакцій: швидкість хімічної реакції за сталої температури пропорційна добутку концентрацій реагуючих речовин.

Для реакції A+B=C

де k — коефіцієнт; і — концентрації реагуючих речовин (моль/л).

4) Площа поверхні зіткнення реагуючих речовин.

Ця залежність справедлива для гетерогенних систем за участю твердих речовин.

5) Зміна температури.

Залежність швидкості реакції від температури описується правилом Вант-Гоффа: при підвищенні температури на кожні 10 °С швидкість більшості реакцій збільшується у 2—4 рази.

6) Для газів — тиск у системі.

7) Наявність каталізаторів.

- Каталізатори — це речовини, що змінюють швидкість хімічної реакції. Каталізатор у процесі реакції не витрачається і до складу кінцевих продуктів не входить. Позитивний каталіз — прискорення реакції. Негативний каталіз, або інгібування, — уповільнення реакції.