Химиялық реакциялардың кинетикасы

Қожа Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті Жаратылыстану факультеті

Жоспар

Химиялық реакциялардың кинетикасы

Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі

Химиялық реакциялардың жылдамдығына әсер ететін факторлар

Ферменттік катализ

Фармакокинетикалық параметрлер

Химиялық реакциялардың кинетикасы

Кинетика - реакциялардың уақыт бірлігінде орындалуын зерттейтін ғылым. Химиялық кинетика - химиялық реакциялардың жылдамдығын және механизмін зерттейтін физикалық химияның саласы.

Гомогендік реакциялар - бір текті жүйелердің барлық көлемінде орындалатын реакциялар.

Гомогендік реакцияның жылдамдығы - жүйенің көлемдік бірлігінде реакцияға түсетін заттың немесе пайда болатын өнімнің уақыт бірлігіндегі мөлшері.

Гомогендік реакциялардың кинетикасы

Гомогендік реакцияның жылдамдығы - кез келген реакцияға түсетін заттың немесе пайда болатын өнімнің концентрациясының уақыт бірлігіндегі өзгерісі.

v = ∆n / V·∆t

∆n / V = ∆C

v = ∆C / ∆t

Гетерогендік реакциялардың кинетикасы

Химиялық реакциялардың молекулалығы

Химиялық реакциялар өзара әрекеттесетін молекулалардың саны бойынша моно, би

және үш молекулалық болып жіктеледі.

Мысалы:

СН3ОСН3 → СН4 + Н2 + СО

СН3СООН + С2Н5ОН ↔ СН3СООС2Н5 + Н2О

2 NO + H2 ↔ N2O + H2O

Мономолекулалық реакциялар

Мономолекулалық реакциялар - химиялық өзгерістерге бір ғана молекула қатысатын реакциялар:

Мономолекулалық реакциялардың кинетикалық теңдеуі:

k - реакция жылдамдығының константасы, әрекеттесуші заттардың табиғатына және температураға тәуелді.

Бимолекулалық реакциялар

Бимолекулалық реакциялар - элементарлық актге екі молекула қатысатын реакциялар:

Үшмолекулалық реакциялар

Үшмолекулалық реакциялар - элементарлық актге үш молекула қатысады(сирек кездеседі) :

Үш молекулалық реакциялардың кинетикалық теңдеуі:

Химиялық реакциялардың реті

Химиялық реакциялар реті бойынша нолінші, бірінші, екінші және үшінші болып келеді.

Реакцияның реті - әрекеттесуші заттардың концентрациялары бойынша дәрежелерінің негізгі кинетикалық теңдеугі қосындысы.

Мысалы, мынадай теңдеумен сипатталатын процесс үшін реакцияның реті 2 + 1 = 3:

Химиялық реакциялардың реті

Механизмі қарапайым реакциялар үшін реакциялардың молекулалығы және реті сәйкес болады, бірақ күрделі реакциялар үшін олар бірдей болмайды. Сәйкессіздік раегенттердің біреуінің артық мөлшерде алынуына байланысты болуы мүмкін.

Мысалы, сахарозаның гидролизі:

Реакциялардың реті бойынша мысалдар

CaCO3 → CaO + CO2

V = k

C12H22O11 + H2O ↔ C6H12O6 + C6H12O6

V = K [C12H22O11]

N2 + O2 ↔ 2 NO

V = K [N2] [O2]

2NO + O2 ↔ 2NO2

V = K [NO] 2[O2]

Химиялық реакциялардың жылдамдығына әсер ететін факторлар

Әрекеттесуші заттардың табиғаты;

Әрекеттесуші заттардың концентрациясы;

Температура;

Катализаторлар.

Реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттардың табиғатына тәуелділігі

Иондық және полюсті коваленттік байланысты заттар (бейорганикалық және кейбір органикалық) жақсырақ әрекеттеседі;

Полюстілігі төмен коваленттік байланысты органикалық заттар баяу әрекеттеседі;

Гомогендік реакциялар (қатты фазалыдан басқалары) гетерогендік реакцияларға қарағанда тез жүреді;

Реакция жылдамдығының әрекеттесуші заттардың концентрациясына тәуелділігі

Әсер етуші массалар заңы: химиялық реакцияның жылдамдығы тұрақты температурада әрекеттесуші заттардың концентрацияларының көбейтіндісіне тура пропорционал (К. Гульдберг, П. Вааге) .

k - реакция жылдамдығының константасы

Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі

Вант-Гофф ережесі: температураны әрбір10º-қа көтергенде, гомогендік реакцияның жылдамдығы 2-4 есе артады:

γ - температуралық коэффициент - температураны әрбір10º-қа көтергенде реакция жылдамдығының қанша есе жоғарылайтындығын көрсететін сан.

Реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі

Белсенділендіру немесе активтендіру энергиясы - молекулалардың әрекеттесуі нәтижесінде жаңа заттың түзілуі үшін қажетті артық энергия.

Белсенді немесе активті молекулалар - нәтижелі әрекеттесу үшін керекті артық энергиясы бар молекулалар.

Температура жоғарылағанда, белсенді молекулалардың саны көбейеді, сол себепті реакцияның жылдамдығы артады.

Катализаторлар

Катализаторлар - химиялық реакцияның жылдамдығын күрт өзгертетін, бірақ өздері химиялық өзгермейтін заттар.

Оң катализаторлар - химиялық реакцияның жылдамдығын жоғарылатын заттар.

Теріс катализаторлар (ингибиторлар) - химиялық реакцияның жылдамдығын тежейтін заттар.

Катализ

Катализ - катализаторлардың әсерінен химиялық реакция жылдамдығының күрт өзгеру құбылысы.

Гомогенді катализ - әрекеттесуші заттар және катализатор бірдей фазада болады.

2H2O2 → 2H2O + O2 (Kt = K2Cr2O7)

Гетерогенді катализ - әрекеттесуші заттар және катализатор әртүрлі фазада болады.

2SO2 + O2 = 2SO3 (Kt = V2O5)

Катализ

Промоторлар - катализаторлардың белсенділігін жоғарылататын заттар.

Катализдік улар - катализаторлардың белсенділігін төмендететін заттар.

Ферменттік катализ

Ферменттер - жанды ағзалардың тіршілік өнімдеріне жататын биологиялық катализаторлар.

Қарапайым ферменттер белоктардан, ал күрделі ферменттер белоктан және белокты емес компоненттен (витаминдер, нуклеотидтер, геминдер, металдардың атомдары) тұрады.

Кофермент - күрделі ферменттің белокты емес компоненті.

Апофермент - күрделі ферменттің белокты бөлігі.

Ферменттердің ерекшеліктері

Ферменттердің талғампаздығы.

Ферменттердің тиімді рН-ы.

Ферменттердің температуралық оптимумы.

Ферменттердің талғампаздығы

Ферменттердің талғампаздығы - әрбір фермент белгілі бір субстратқа немесе олардың шектелген мөлшеріне немесе заттардың молекулаларындағы белгілі бір химиялық байланысқа әсер етеді.

Мысалы, пепсин ферменті белоктардың ыдырауына, липаза майлардың ыдырауына жауапты.

Ферменттердің тиімді рН-ы

Ферменттік реакцияның максимум жылдамдығына сәйкес келетін сутегі иондарының концентрациясы тиімді концентрация болып есептеледі.

Осы концентрацияға сәйкес келетін рН ферменттердің тиімді рН-ы деп аталады.

Көптеген ферменттер үшін рН оптимумы 4-10 аралығында болады. Бірақ ауытқулар да кездеседі.

Пепсин ферменті максимум белсенділік көрсететін рН = 1-2, 2 .

Аргиназа ферменті үшін оптимум pH = 10, 0 - 10, 2.

Ферменттердің температуралық оптимумы

Әрбір фермент максимум белсенділік көрсететін температуралық интервал температуралық оптимум деп аталады.

Көптеген ферменттер үшін температуралық оптимум 36-39⁰С.

Температура жоғарылағанда ферменттердің белсенділігін жоятын белоктардың денатурациясы жүреді.

Температура төмендегенде белоктардың конформациясы өзгеріп, ферменттердің белсенділігін төмендетеді.

Ферменттік катализдің теңдеуі

E - фермент; S - субстрат; P - түзілген өнім;

ES - фермент-субстрат комплексі

Жоғары концентрацияда:

Төмен концентрацияда:

Фармакокинетикалық параметрлер

Фармакокинетикалық параметрлер - ағзада дәрілік затпен жүретін процестерді сандық сипаттайды;

Негізгі фармакокинетикалық параметрлер - биологиялық сұйықтардағы дәрілік заттардың концентрациясы мен олардың фармакологиялық әсері арасындағы байланысты көрсетеді.

Жылдамдық константалары

Сіңіру жылдамдығының константасы - ДЗ жіберілу орнынан жүйелік қан ағымына түсу жылдамдығын сипаттайтын параметр (с, мин) . Көк тамырға және артерияға жіберілетін әдістерде ғана қолданылмайды.

Элиминациялану жылдамдығының константасы (с, минˉ¹) ДЗ ағзадан экскреция және биотасымалдау әдістерімен алыстау (элиминациялану) жылдамдығын сипаттайды:

Экскреция жылдамдығының константасы - ДЗ зәр, сілекей, нәжіс, сүт немесе басқа экскреттермен бөліну жылдамдығын (сˉ¹, минˉ¹) сипаттайды.

Элиминация көрсеткіші

Терапевтикалық әсерге ықпал жасайтын факторға ДЗ ағзадағы мөлшері жатады. Ол ағзадан шығу ұзақтығына немесе элиминацияға тәуелді болады. Элиминация көрсеткіші - клиренс (мл/мин) .

Жалпы клиренс - плазманың немесе қанның дәрілік затты уақыт бірлігінде бүйрек, бауыр, өкпе арқылы бөліп шығаратын немесе ағзада биотасымалдайтын көлемі.