Тема: Кинетика химических и биохимических реакций. Химическое равновесие

Цель темы: 1. Приобретение системных знаний об основных закономерностях протекания химических реакций, факторах, влияющих на скорость реакции и на химическое равновесие и умение применять эти знания к конкретным системам, встречающихся в биологических объектах. Овладение навыками выполнения кинетических расчетов для прогнозирования скорости биохимических процессов. 2.Экспериментальное изучение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой.

Исходный уровень. Студент должен знать из довузовского курса химии: «Скорость химических реакций, единицы измерения, константа скорости реакции. Факторы, влияющие на изменение скорости химической реакции: концентрация, температура, давление для газов, катализатор, правило Вант-Гоффа, энергия активации. Химическое равновесие, закон действующих масс, принцип Ле-Шателье» и из курса биологии: «Ферменты и их роль в жизнедеятельности клетки».

Основные учебно-целевые вопросы:

1. Основные понятия химической кинетики:

• истинная и средняя скорость химической реакции и математическое выражение скорости реакции;

• простые и сложные реакции (параллельные, последовательные, сопряженные, цепные);

• гомогенные и гетерогенные реакции;

• молекулярность и порядок реакции.

1.2. Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения реакций нулевого, первого и второго порядков. Константа скорости реакции. Период полупревращения.

1.3. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. Уравнение Аррениуса. Энергии активации. Энергетический профиль реакции. Теория активных соударений и переходного состояния.

1.4. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль каталитической реакции. Ферментативный катализ в биологических системах. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

1.5. Константа химического равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Практическая часть

Ситуационные задачи

Вычисление скорости, константы и температуры коэффициента скорости реакции

Задача № 1. Взаимодействие со свободным кислородом приводит к образованию высокотоксичного диоксида азота //, хотя эта реакция в физиологических условиях протекает медленно и при низких концентрацияхне играет существенной роли в токсическом повреждении клеток, но, однако патогенные эффекты резко возрастают при его гиперпродукции. Определите, во сколько раз возрастает скорость взаимодействия оксида азота (II) c кислородом при увеличении давления в смеси исходных газов в два раза, если скорость реакции описывается уравнением?

Ответ. Скорость реакции увеличится в 8 раз.

Задача № 2. Считается, что концентрация хлора (зеленоватый газ с резким запахом) в воздухе выше 25 ppm опасна для жизни и здоровья, но, имеются данные, что если пациент восстановился после острого тяжелого отравления этим газом, то остаточных явлений не наблюдается. Определите, как изменится скорость реакции: , протекающей в газовой фазе, если увеличить в 3-и раза: 1) концентрацию, 2) концентрацию, 3) давление //?

Ответ. Скорость реакции увеличится в: 1) и 2) , 3)раза.

Задача № 3. Как изменяется скорость взаимодействия исходных веществ при изменении температуры с до, если температурный коэффициент реакции равен 2,5?

Ответ. При изменении температуры (т.е. при повышении) скорость увеличится в 67,7 раз.

Задача № 4. Вычислите температурный коэффициентскорости реакции, зная, что с повышением температуры наскорость возрастает в 128 раз.

Ответ. =2.

Задача № 5. Для одной из реакций были определены две константы скорости: при 0,00670 и при0,06857. Определите константу скорости этой же реакции при.

Ответ.

Вычисление константы химического равновесия и определение направление смещения равновесия по принципу Ле-Шателье.

Задача №6. Двуокись углерода // в отличие от моноксида углерода // не нарушает физиологических функций и анатомической целостности живого организма и удушающий эффект их обусловлен лишь присутствием в высокой концентрации и снижением процентного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Чему равнаконстанта равновесия реакции //:при температуре, выраженная через: а) парциальные давления реагирующих веществ; б) их молярные концентрации, зная, что состав равновесной смеси выражается объемными долями:,и, а общее давление в системе составляетПа?

Ответ.Па..

Задача № 7. В каком направлении сместится равновесие в следующих реакциях:

1. ;

2. ;

3. ;

а) при повышении температуры, б) при понижении давления, в) при увеличении концентрации водорода?

Ответ.

а) При повышении температуры в реакциях _____ и _____ равновесие будет смещено влево, а в реакции ______ – вправо.

б) На реакции _____ и ______ понижение давления не повлияет, а в реакции _____ – равновесие будет смещено влево.

в) Повышение температуры в реакциях _____ и _____ повлечет за собой смещение равновесия вправо, а в реакции _____ – влево.

Контрольные вопросы

1. Объясните, что означают термины: скорость реакции, константа скорости?

2. Как выражается средняя и истинная скорость химических реакций?

3. Почему о скорости химических реакций имеет смысл говорить только для данного момента времени?

4. Сформулируйте определение обратимой и необратимой реакции.

5. Дайте определение закона действующих масс. В равенствах, выражающих этот закон, отражена ли зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ?

6. Как зависит скорость реакции от температуры? Что называется энергией активации? Что такое активные молекулы?

7. От каких факторов зависит скорость гомогенной и гетерогенной реакции? Приведите примеры.

8. Что такое порядок и молекулярность химических реакций? В каких случаях они не совпадают?

9. Какие вещества называются катализаторами? Каков механизм ускоряющего действия катализатора?

10. В чем заключается понятие «отравление катализатора»? Какие вещества называют ингибиторами?

11. Что называется химическим равновесием? Почему оно называется динамическим? Какие концентрации реагирующих веществ называют равновесными?

12. Что называют константой химического равновесия? Зависит ли она от природы реагирующих веществ, их концентрации, температуры, давления? Каковы особенности математической записи для константы равновесия в гетерогенных системах?

13. Что такое фармакокинетика лекарств?

14. Процессы, происходящие с лекарственным препаратом в организме, количественно характеризуются рядом фармакокинетических праметров. Приведите основные из них.