Катализ и катализаторы. Кинетика ферментативных реакций

Лекция 10

Катализ и катализаторы

План

10.1 Катализ и катализаторы 10.2 Кинетика фер-ментативных реак-ций.

10.1 Катализ – это явление изменения скорости реакции под влиянием ве-ществ, называемых катализаторами.

Катализаторы – это вещества, изменяющие скорость химической реак-ции, но не изменяющиеся в ходе процесса ни качествен-но, ни количественно. Они не входят в состав продуктов реакции.

Небольшие количества катализаторов способ-ны существенно изме-нить скорость взаимо-действия большого ко-личества реагирующих веществ.

Катализаторы гомогенные в одной фазе с реагирую-щими ве-ществами гетерогенные в разных фа-зах с реагиру-ющими вещес-твами

Пример гетерогенного катализа

Пример гомогенного катализа

Катализаторы положительные увеличивают скорость реакции отрицательные уменьшают скорость реакции

Ингибаторы – вещества, уменьша-ющие скорость реак-ции, но расходую-щиеся при этом сами.

С точки зрения теории активного комплекса механизм действия катализаторов в том, что они изменяют высоту энергетического барьера химической реакции.

Без катализатора: А + В ↔ А...В → АВ В присутствии катали-затора: А + В + К↔ А...К...В → → АВ + К

Положительный катализатор снижает энергетический барьер реакции

Без катали-затора

С положи-тельным катализато-ром

Энергия, кДж/моль

Координата реакции

Под воздействием поло-жительного катализатора в реакционной смеси возрастает доля актив-ных молекул при данной температуре. Скорость реакции увеличивается.

Отрицательный катализатор повышает энергетический барьер реакции

С отрица-тельным ка-тализатором

Без катали-затора

Энергия, кДж/моль

Координата реакции

Под воздействием отри-цательного катализатора в реакционной смеси снижается доля актив-ных молекул при данной температуре. Скорость реакции уменьшается.

Частным случаем катализа является автокатализ: ката-лизатором служит один из продуктов реакции.

Пример автокаталити-ческой реакции: 2 KMnO4 + 5 H2C2O4 + 3 H2SO4 → 2 MnSO4 + 10 CO2 + K2SO4 + 8 H2O Катализатор: Mn2+

Кинетическая кривая автокаталитической реакции

Концентрация, моль/л время

Разрушение озоново-го слоя Земли – пример гомогенного катализа, протекаю-щего в атмосфере под воздействием фреонов.

Фреоны – это фторо-хлороуглеводороды (СF2Cl2), применяемые как хладаген-ты. При обычных условиях они отличаются высокой устойчивостью к разложе-нию.

В атмосфере происходит разложение фреонов под воздействием ультрафиолето-вого излучения солнца:

CF2Cl2  CF2Cl• + Cl•

Cl• - катализатор разложения озона

Без катализатора процесс протекает по схеме:

O3 + O  2 O2 Eак = 17,1 кДж/моль

В присутствии катализатора:

O3 + Cl  ClO + O2 Eак= 2,1 кДж/моль

ClO + O  Cl + O2 Eак = 0,4 кДж/моль

Cl

O3 + O  2 O2

Присутствие катализатора существен-но снижает энергетический барьер реакции, увеличивая скорость раз-ложения озона.

Энергия, кДж/моль

О3+ О

2О2

Координата реакции

Вещества, усиливаю-щие действие катализа-торов, называются про-моторами