Скорость реакции в целом будет

Так как стадия а) является обратимой, то для нее

где K_pавн. - константа равновесия, ‑ исходная концентрация катализатора.

Отсюда

,

тогда

.

Из последнего уравнения следуют некоторые важные выводы:

1. Скорость реакции пропорциональна исходной концентрации катализатора .

2. В общем случае порядок реакции будет дробным.

3. Если С_A×K_pавн. » 1, то w = k₃×и реакция становится реакцией нулевого порядка по исходному веществуА. Это значит, что весь катализатор связан в промежуточный комплекс и скорость реакции определяется его количеством.

4. Если С_A×K_pавн. « 1, то w = k₃k_pC_A, а реакция будет реакцией первого порядка по исходному веществуА.

n_A = 1

Таким образом порядок реакции меняется в зависимости от концентрации реагента (исходного вещества А). Такой особенностью обладают только каталитические реакции.

Ферментативный катализ.

Исключительное значение в гомогенном катализе занимает ферментативный катализ - основа жизнедеятельности животных и растений. Ферменты состоят либо целиком, либо в основном из белков.

Каталитической активностью обладает не вся молекула фермента, а лишь определенный ее участок, называемый активным центром. Активный центр соединяется с молекулой реагирующего вещества, образуя непрочное промежуточное соединение, способное к дальнейшим превращениям. При этом активный центр вступает в соединение только с теми молекулами, структура которых подобна структуре активного центра. Этим, по-видимому, объясняется специфичность действия ферментов.

Активность ферментов зависит от рН среды, температуры.

Для описания кинетики ферментативных реакций используют уравнение Михаэлиса-Ментен.

Рассмотрим вывод кинетического уравнения для гомогенного каталитического процесса на примере реакции с одним исходным веществом (субстратом) S, которое превращается в продукт P в присутствии катализатора Е (в частности, таким катализатором может быть фермент):

E + S           ES E+P

Скорость реакции будет

w = k₃C_ES

Используя метод стационарных концентраций можно записать

k₁C_EC_S = k₂C_ES + k₃C_ES

Следовательно

(14)

Уравнение материального баланса по ферменту:

Следовательно, текущая концентрация фермента будет:

Подставим С_Е в уравнение (14)

(15)

Выразим из уравнения (15) концентрацию ферментно-субстратного комплекса ES

(k₂ + k₃)C_ES = k₁C_S - k₁C_ESC_S

Делим числитель и знаменатель на k₁C_S. Получим:

.

Обозначим

где k_M - константа Михаэлиса.

Окончательно для скорости ферментативной реакции:

Когда C_S « k_M, скорость образования продукта прямо пропорциональна C_S. Если C_S » k_M, то скорость образования продукта не зависит от C_S и имеет максимальную величину

.

Физический смысл этого уравнения заключается в том, что при больших концентрациях исходного вещества весь катализатор входит в состав промежуточного соединения ES. Концентрация ES достигает предельного значения . Следовательно и скорость получения продукта достигает предельной для данного количества катализатора величины, обозначаемой w_max.

28