06. Влияние температуры и света на вкорость реакций
advertisement
Влияние температуры и света на скорость химических реакций Подготовила: к.х.н., доц. Иванец Л.Н. План 1. Правило Вант-Гоффа. 2. Уравнение Аррениуса. 3.Методы расчета энергии активации и передэкспоненциального множителя. 4. Фотохимические реакции. Факторы влияния на скорость реакции • Фазовое состояние • Концентрация и давление • Температура • Природа реагентов Катализатор Кинетика химических реакций и химическое равновесие Представил Барсук А.П. Ф-033 Влияние температуры на продолжительность реакции Влияние температуры на скорость реакций Основные типы кинетических кривых, наблюдаемые в лабораторных и промышленных реакторах: а) простые некаталитические реакции; б) гетерогенные реакции; в) реакции с автоускорением, сопровождающиеся взрывом; Влияние температуры на скорость химических реакций очень существенно, и описывается эмпирическим правилом Вант-Гоффа. При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается примерно в 2-4 раза. k t 10 24 kt ( - температурный коэффициент или коэффициент Вантt 2 t1 Гоффа). Или V (t 2 ) V (t1 ) 10 Более строго влияние температуры описывает уравнение Аррениуса: ln k Ae Ea RT k – постоянная скорости реакции; А – предэкспоненциальный множитель; R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура (0K); Eа – энергия активации. Так как, температура входит в показатель степени, скорость химической реакции очень чувствительна к изменению температуры. С ростом температуры число активных молекул возрастает, скорость химической реакции увеличивается. СКОРОСТЬ Р-ЦИИ Влияние температуры на скорость биохимической реакции Т-РА, град. Енергия Енергетический барьер для экзотермической реакции Е1* Е2 * Н Ход реакции Е2* - Е1* = ∆Н Энергия активации Примером может служить схема реакции синтеза: H2 + I2 = 2HI H I H I + H 2HI I H I Потенциальная энергия Активный комплекс 2H+2I E’акт H2 I2 Eакт H2+I2 H 2HI Координата реакции Разность первоначального и конечного уровней энергии системы составляет тепловой эффект реакции ∆Н. Таким образом, энергия активации – это энергия, необходимая для превращения реагирующих веществ в состояние активированного комплекса. Туннельный эффект – это переход частиц через потенциальный барьер без изменения своей энергии преодоление барьера туннелирование Туннельный эффект регулярно проявляется на микро-уровне. В 1957 году Лео Эсаки сумел поставить туннельный эффект на службу компании "Сони" (а в 1973 году получил за это Нобелевскую премию). Эсаки работал над проблемой повышения быстродействия диодов. Благодаря туннельному эффекту ток проходил через плохо проводящий, но тонкий переход значительно быстрее, чем через обычный, хорошо проводящий, но более толстый Построим аррениусовскую зависимость для реакции 2HI → H2 + I2 Заполним таблицу k (M–1 s–1) ln k t (°C) T (K) 1/T (K–1) 3.52 x 10–7 3.02 x 10–5 2.19 x 10–4 1.16 x 10–3 3.95 x 10–2 –14.860 –10.408 –8.426 –6.759 –3.231 283 356 393 427 508 556 629 666 700 781 0.00180 0.00159 0.00150 0.00143 0.00128 Строим график в координатах ln k от 1/T Arrhenius Plot -2 -4 -6 ln k -8 -10 -12 -14 -16 0.00120 0.00140 0.00160 1/T (K-1) 0.00180 0.00200 Находим Еа 1/T 1/T1 1/T2 1/T3 1/T4 ln k ln k1 ln k2 ln k3 ln k4 Ea 1 ln k = – + lnA R T ln k tg α = - Ea/R 1/T Расчет энергии активации Из главного кинетического уравнения: Ea 1 1 ln k2 ln k1 ( ) R T1 T2 RT1T2 (ln k 2 ln k1 ) Ea T2 T1 Фотосинтез – главный биохимический процесс на Земле 6 СО2 + 6 Н2О (свет, хлоропласты) = С6Н12О6 + 6 О2 Продуктивность: 1 г глюкозы за 1 час. на 1м2 листьев Фотодинамическая терапия при лечении рака внутренних органов Фотодинамическое лечение начинается с введения больному светочувствительного вещества, которое накапливается в опухолевых клетках. После этого под местной анестезией в опухоль вводятся иглы с оптическим волокном. Злокачественное новообразование облучают светом определенной длины волны, который лучше всего поглощается лекарством. Поглощение света запускает фотохимические реакции, в результате которых опухолевые клетки гибнут. Лазеротерапия - один из видов квантового воздействия на организм с терапевтической целью Применение лазерного лечения основывается на взаимодействии света с биологическими тканями, и при фотохимическом воздействии поглощенный биотканями свет возбуждает в них атомы и молекулы, вызывает фотохимические реакции синтеза или распада молекул Квантовая энергия лазера трансформируется, происходит активизация ферментов и биосинтетических процессов в клетке и достигается макроэффект в виде ускорения пролиферации клеток. Низкоинтенсивное лазерное излучение взаимодействует с гемоглобином и переводит его в более выгодное конформационное состояние для транспорта кислорода, что в свою очередь усиливает оксигенацию тканей. С другой стороны, квант энергии повышает образование АТФ, что увеличивает энергетический потенциал клетки Рентген грудной клетки Метод диагностирования, при помощи которого удается получить снимок всех органов грудной клетки на рентгеновской пленке. При проведении такого исследования грудной клетки все рентгеновские лучи направляются непосредственно на область груди, в которой в данный момент происходит так называемая фотохимическая реакция. Различные участки грудной клетки по-разному реагируют на воздействующие лучи. В результате, специалист получает сформированное изображение, благодаря которому он сможет поставить точный диагноз. Фотодиссоциация Гидроген бромида HBr h фотохимическая реакция H + Br (photochemical reaction) H + HBr H2 + Br Br + Br (dark reactions) темновая реакция Br2 Сумарное Overall: уравнение: 2HBr h H2 + Br2 Круговой фотохимический реактор Закон Эйнштейна - основной закон фотохимии, устанавливающий, что каждый поглощённый фотон вызывает одну элементарную реакцию. Реакция, вызванная поглощённым фотоном, может состоять в химическом превращении молекул вещества или в их физическом возбуждении и излучении поглощённой энергии или превращении её в энергию теплового движения. Спасибо за внимание!
