- •Химия (модуль I) Учебное пособие
- •Химия (модуль I) Учебное пособие
- •Оглавление
- •Введение
- •Строение атома и химическая связь. Биогенные элементы
- •1.1. Квантово-механическая модель строения атома
- •1.2. Периодический закон д.И. Менделеева
- •1.2.1. Периодическая система д. И. Менделеева
- •1.2.2. Типы химических элементов
- •1.3. Химическая связь и типы взаимодействия молекул
- •1.3.1. Ковалентная связь
- •1.3.2. Ионная связь
- •1.3.3. Металлическая связь
- •1.4. Биогенные элементы
- •1.4.1. Классификация по количественному содержанию в организме
- •1.4.2. Классификация по функциональной роли в организме
- •1.5. Нарушения обмена микроэлементов (микроэлементозы)
- •Элементы химической термодинамики и кинетики
- •2.1. Термодинамические системы и процессы. Стандартное состояние
- •2.2. Основные понятия термодинамики: внутренняя энергия, работа, теплота
- •2.3. Первое начало термодинамики. Энтальпия
- •2.4. Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики
- •2.5. Второе начало термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов
- •2.6. Примеры экзергонических и эндергонических процессов, протекающих в организме. Принцип энергетического сопряжения
- •2.7. Скорость реакции: средняя и истинная. Закон действующих масс
- •2.8. Классификация реакций, применяющихся в кинетике
- •2.9. Зависимость скорости реакции от концентрации. Молекулярность элементарного акта реакции. Порядок реакции. Кинетические уравнения реакций первого и нулевого порядков. Период полупревращения
- •2.10. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Энергия активации
- •2.11. Катализ гомогенный и гетерогенный. Ферментативный катализ
- •2.12. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции
- •2.13. Константа химического равновесия. Прогнозирование смещения химического равновесия
- •3. Растворы: коллигативные свойства, способы выражения концентраций. Гетерогенные равновесия
- •3.1. Особенности физико-химических свойств воды
- •3.2. Растворимость, коэффициент растворимости. Факторы, от которых зависит растворимость веществ
- •Способы выражения концентрации растворов
- •Коллигативные свойства растворов
- •Теория растворов и сильных электролитов. Ионная сила
- •Электрическая проводимость растворов. Жидкости и
- •3.7. Ионное произведение воды
- •3.8. Методы определения рН растворов. Индикаторы
- •3.9. Гетерогенные равновесия. Константа растворимости.
- •Основные типы химических равновесий и процессов в функционировании живых систем
- •4.1. Протолитическая теория кислот и оснований. Протолитические
- •4.2. Ионизация слабых кислот и оснований. Константа диссоциации слабых кислот и оснований. Закон разведения Оствальда
- •4.3. Гидролиз солей. Степень и константа гидролиза
- •4.4. Амфолиты. Изоэлектрическая точка
- •4.5. Понятие о буферном действии, гомеостазе и стационарном состоянии живого организма
- •4.6. Буферные системы: определение, классификация
- •4.7. Зона буферного действия и буферная емкость. Расчет рН протолитических систем
- •4.8. Механизм действия буферных систем
- •Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная,
- •4.10. Механизм сопряженного действия буферных систем
- •4.11. Понятие о кислотно-основном состоянии организма: рН крови, ацидоз, алкалоз, щелочной резерв крови
- •Лабораторно-практическая работа
- •Окислительно-восстановительные реакции. Химия комплексных соединений
- •Типы окислительно-восстановительных (редокс) реакций
- •Механизм возникновения электродного и
- •Сравнительная сила окислителей и восстановителей.
- •Физико-химические принципы транспорта электронов в
- •Основные положения координационной теории Вернера.
- •Центральный атом (комплексообразователь)
- •Лиганды
- •5.6. Классификация и номенклатура комплексных соединений
- •1. По знаку заряда комплекса:
- •2. По принадлежности комплексного соединения к определенному классу соединений:
- •3. По природе лиганда:
- •4. По внутренней структуре комплекса:
- •5.7. Изомерия и пространственное строение комплексных соединений
- •5.8. Полидентатные лиганды. Хелатирование.
- •5.9. Классы комплексных соединений: внутрикомплексные, макроциклические, многоядерные, сэндвичевые
- •5.10. Устойчивость комплексных соединений в растворах.
- •5.11. Представления о строении металлоферментов и других
- •Физико-химические основы дисперсных систем и поверхностных явлений
- •6.1. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение.
- •6.2. Адсорбция. Уравнение Ленгмюра
- •6.3. Поверхностно-активные (пав) и
- •6.4. Дисперсные системы и их классификация
- •6.5. Получение лиофобных коллоидных растворов.
- •6.6. Свойства лиофобных коллоидных растворов: молекулярно-кинетические, оптические, диализ, электродиализ
- •6.7. Устойчивость коллоидных растворов: седиментационная, агрегативная. Факторы, влияющие на устойчивость лиозолей
- •6.8. Коагуляция. Пептизация
- •6.9. Грубодисперсные системы: суспензии, эмульсии, аэрозоли
- •6.10. Электрокинетические явления в дисперсных системах: электрофорез, электроосмос
- •6.11. Мембраны и кровь как грубодисперсные системы
- •Список используемой литературы
- •Учебное пособие
2.11. Катализ гомогенный и гетерогенный. Ферментативный катализ
Катализ – явление повышения скорости химического процесса с помощью катализаторов.
Катализаторы - это вещества, которые увеличивают скорость химических процессов, не изменяясь при этом ни качественно (химический состав), ни количественно. Катализатор может изменять не только скорость химического процесса, но и его направление. В зависимости от природы катализатора из одних и тех же веществ образуются различные продукты:
(ZnO, Сг2О3)
СН3ОН
(ZnO, Сг2О3, КОН)
С О + Н2 С2Н5ОН
(Ni)
СН4 + Н2О
Существует явление автокатализа, когда катализатором является один из продуктов реакции.
Каталитические реакции - это процессы, в которых принимают участие катализаторы.
Биохимические процессы - это каталитические реакции, в которых в качестве катализаторов принимают участие специфические вещества - ферменты, или энзимы, и потому эти процессы част называют ферментативными.
В зависимости от того, в какой фазе находится катализатор, различают гетерогенный и гомогенный катализ. В случае гомогенного катализа катализатор и вещества, принимающие участие в реакции, образуют одну фазу. Например, разложение раствора пероксида водорода при наличии ионов меди (II) как катализатора:
Cu2+
2 H2O2 2H2O + O2
В случае гетерогенного катализа катализатор находится в системе в виде самостоятельной фазы:
V2O5 или Pt
2 SO2 (г) + O2 (г) 2SO3 (г)
Ферменты относят к микрогетерогенным катализаторам. Мик-рогетерогенный - это такой тип катализа, когда катализатор и реагенты находятся в коллоидно-дисперсном состоянии. Размеры частичек ферментов близки к размерам мицелл коллоидных растворов – 1-100 нм. По отношению к субстратам, частички которых часто намного меньше, катализаторы являются гетерогенными.
Действие катализатора связано с тем, что он снижает энергию активации реакции. При наличии катализатора реакция проходит через другие промежуточные стадии, чем в его отсутствие, причем эти стадии энергетически более доступны. При наличии катализатора возникают другие активированные комплексы; при этом для их образования нужно меньше энергии, чем для образования активированных комплексов, возникающих в отсутствие катализатора.
Механизмы действия катализаторов исключительно сложны, почти каждому катализатору соответствует свой механизм, хотя присущи и общие черты:
А + В → А... В → АВ
активированный
комплекс
Введем в эту систему катализатор К:
А + К → А... К → АК,
активированный
комплекс
АК + В → АК... В → АВ + К
Наличие катализатора в обратимом процессе не смещает равновесие. В этом случае катализатор в равной степени повышает скорость как прямой, так и обратной реакций.
Существуют вещества, которые, в отличие от катализаторов, замедляют или вообще прекращают ход химических реакций, - это ингибиторы. К ингибиторам можно отнести: вещества, выделяющиеся организмом и замедляющие развитие особей того или другого вида; естественные или синтетические соединения, угнетающие активность ферментов или полностью прекращающие их деятельность; любой реагент, тормозящий какой-либо биологический процесс. Например, пространственно экранированные фенолы ингибируют развитие злокачественных опухолей, а уротропин - коррозию металлов. В настоящее время известно много лекарственных препаратов, действующих как ингибиторы.
Вещества, активизирующие действие катализаторов, в частное биокатализаторов, называют активаторами. Некоторые вещества замедляют или прекращают действие катализаторов. Это ингибиторы катализаторов, каталитические яды. Есть вещества, восстанавливающие действие катализаторов, - реактиваторы катализаторов.
Активация и ингибирование проявляются и в ферментативных процессах. Так, наличие в реакционной среде примесей NaCl способствует быстрому гидролизу крахмала до глюкозы ферментами слюны - амилазой и мальтазой. Наличие в такой среде, например, CuSO4 ингибирует каталитический процесс расщепления крахмала ферментами слюны, так как их молекулы денатурируют и гидролиз не происходит.
Катализаторы, действующие в биосистемах, специфичны. Роль биокатализаторов (ферментов) часто выполняют белки, содержащие в активных центрах ионы металлов (металлоферменты). Например, в состав инсулина входит ион цинка, а витамина В12 - ион кобальта (III).