42. Скорость каталитических реакций, основные положения теорий каталитических реакций, ферментативный катализ.
Скорость гомогенных и гетерогенных каталитических реакций определяется черезь каталитическую активность Ак. Если скорость каталитической реакции обозначить через vk, а скорость той же реакции в отсутствие катализатора v0, то для гетерогенного катализа активность равна: Ak=vk – v0(1 – σ) показывает, насколько увеличивается скорость гетерогенной каталитической реакции по сравнению со скоростью этой же реакции в отсутствие катализатора. Скорость каталитических реакций в кинетических уравнениях зависит от фазового состояния катализатора по отношению к реагирующим веществам.
Гомогенный катализ:
Примером гомогенного катализа является разложение пероксида водорода в присутствии ионов йода. Реакция протекает в две стадии:
H2О2 + I → H2О + IO
H2О2 + IO → H2О + О2 + I
При гомогенном катализе действие катализатора связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, это приводит к снижению энергии активации.
Гетерогенный катализ:
При гетерогенном катализе ускорение процесса обычно происходит на поверхности твердого тела — катализатора, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. На практике катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель.
Причины, взывающие каталитические реакции, многообразны и не поддаются точному учету. Этим обстоятельством можно объяснить отсутствие единой современной теории катализа. Каталитическую реакцию можно рассматривать как совокупность чередующихся стадий образования этих соединений и их последующего разрушения с выделением продуктов реакции.
Теории: 1. Теория активный ансамблей – каталитическая активность определяется совокупностью свободных атомов на поверхности катализатора, не входящих в кристаллическую решетку и способных к миграции. 2. Электронная теория гетерогенного катализа – объясняет каталитическую активность металлов и полупроводников наличием электронов проводимости, которые могут принимать участие в окислительно-восстановительных превращениях на поверхности катализатора. Эта теория позволяет на полупроводниках установить определенную корреляцию между каталитическим процессом и коллективными свойствами поверхности катализатора.
Ферментативный катализ – катализ под действием ферментов. Ферменты – биокатализаторы, продукты жизнедеятельности живых организмов. Различают простые и сложные ферменты. Простые состоят только из белковых тел, а сложные включают белковую и небелковую состовляющие. В простейшем случае ур-ние р-ции с участием фермента имеет вид:
где E - фермент, S - субстрат, ES - фермент-субстратный комплекс (т. наз. комплекс Михаэлиса), P- продукт р-ции.Активность ферментов регулируется в процессе их биосинтеза (в т.ч. благодаря образованию изоферментов, к-рые катализируют идентичные р-ции, но отличаются строением и каталитич. св-вами), а также условиями среды (рН, т-ра, ионная сила р-ра) и многочисленными ингибиторами и активаторами, присутствующими в организме. Ингибиторами и активаторами могут служить сами субстраты (в определенных концентрациях), продукты р-ции, а также конечные продукты в цепи последоват. превращений в-ва (см. Регуляторы ферментов).
Ферментативные р-ции чувствительны к внеш. условиям, в частности к ионной силе р-ра и рН среды.
Ферментативный катализ- основа мн. современных хим. технологий, в частности крупномасштабных процессов получения глюкозы и фруктозы, антибиотиков, аминокислот, витаминов и регуляторов, а также тонкого орг. синтеза. Разработаны методы, позволяющие проводить ферментативные р-ции в орг. р-ри-телях, обращенных мицеллах