Химическая кинетика и катализ Биомедицинская значимость темы

Химическая кинетика – раздел физической химии, представляющий собой учение о скоростях и механизмах протекания химических реакций.

От скорости химической реакции зависит течение тех или иных биологических процессов, эффективность действия на организм различных лекарственных препаратов. Законы химической кинетики используют для объяснения нормального и злокачественного роста тканей, развития лучевого поражения, кинетических критериев оценки эффективности лечения.

На базе кинетических представлений возникла новая самостоятельная область фармакологии – фармакинетика, изучающая процессы, которые характеризуют распределение введенных в организм лекарственных препаратов в период полувыведения их из организма. Применение данных кинетических исследований позволяет будущему врачу решить задачу оптимального назначения лекарства, т.е. выбор дозы, пути и периодичности введения. Изменение концентрации лекарственных веществ в организме описывается обычными для химической кинетики уравнениями. Эти же кинетические закономерности находят широкое применение в токсикологии.

В живых организмах химические процессы осуществляются при помощи биологических катализаторов – ферментов (энзимов). Уникальные свойства ферментных катализаторов – поразительная специфичность и огромная удельная активность – обусловливается сочетанием сравнительно несложных закономерностей физической и физико–органической химии. Поэтому ясно, что путь к свободному овладению фундаментальными представлениями науки о ферментах как научным инструментом практической энзимологии лежит через постижение основ классического катализа.

Данная тема является теоретической базой для отдельных разделов биохимии, биофизики, фармакологии, фармакинетики, токсикологии и некоторых клинических дисциплин: терапии, физиотерапии и др.

Существует два основных подхода к изучению химических реакций:

1. Термодинамический, с помощью которого решается вопрос о принципиальной возможности протекания реакции:

G < 0 – принципиально возможен; ∆G

G > 0 – принципиально невозможен.

2. Кинетический - рассматривает механизм реакции и её скорость. Химическая кинетика изучает и очень быстрые, такие как взрывы, и очень медленные реакции, например, геохимическое формирование земных пород. Это возможно потому, что все химические реакции подчиняются общим законам.

Химическая кинетика – раздел химии, изучающий скорость химических реакций, механизмы их протекания и факторы, влияющие на скорость.

Основные понятия химической кинетики

Химическая реакция. Химической реакцией можно считать любое изменение вещества, при котором образуются или разрываются химические связи между атомами. Различают простые и сложные реакции. Простых реакций очень мало. Одна из них: NO₂ + NO₂  N₂O₄.

Сложные реакции протекают через несколько стадий, их стехиометрическое уравнение не отражает реального хода процесса, а является суммарным выражением нескольких стадий.

2HI + H₂O₂ I₂ + 2H₂O

а) HI + H₂O₂ HOI + H₂O

б) HI + HOI I₂ + H₂O

2HI + H₂O₂ I₂ + 2H₂O

Реакция 2H₂ + O₂  2H₂O проходит через 32 стадии. Абсолютное большинство реакций - сложные.

Механизм химической реакции. Химические реакции, как правило, не происходят путем непосредственного взаимодействия исходных молекул с прямым переходом их в молекулы продуктов реакции. В большинстве случаев реакция протекает в несколько стадий.

Совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция, носит название механизма химической реакции.

Каждая отдельная стадия, через которую идет реакция, называется элементарным актом реакции.