Занятие № Тема: Химическая кинетика

ЗАНЯТИЕ №

Тема: Химическая кинетика

Мотивация изучения темы: Знание кинетических закономерностей протекания химических процессов необходимо для изучения ряда последующих дисциплин.

Большое значение имеют факторы воздействия на скорость химической реакции: ускорение химических процессов в промышленности с применением катализаторов, высоких температур и давлений; замедление процессов разложения пищевых продуктов, лекарств при хранении и использовании и т. д.

В основу живой материи положены термодинамически неустойчивые органические вещества. Их превращения протекают только под контролем ферментов с целесообразной для поддержания жизни скоростью. В биологических процессах достигается согласованное протекание сотен реакций. Непосредственно медицинское значение кинетического фактора состоит в обоснованном использовании различных средств, позволяющих поддерживать нормальную скорость биохимических процессов, в понимании сущности многих видов патологии как нарушения скоростей даже единичных из всего комплекса реакций, поддерживающих жизнедеятельность.

Цель: изучить влияние различных факторов на скорость химической реакции.

Задачи изучения:

1. Научиться применять закон действующих масс для расчета скорости простых реакций.

2. Научиться прогнозировать влияние изменений концентраций реагирующих веществ и температуры на скорость химической реакции.

3. Изучить особенности кинетики ферментативных реакций.

Продолжительность занятия - 165 минут (135 учебного времени и 30мин перерыв).

Место проведения занятия - учебный практикум (кафедра общей химии)

Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).

А. Контрольные вопросы

1. Предмет изучения химической кинетики. Определение скорости химической реакции.

2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действующих масс. Физический смысл константы скорости. Период полупревращений.

Особенности кинетики гетерогенных процессов.

3. Сущность понятий «порядок реакции» и «молекулярность» реакции. Классификация реакций по порядку и молекулярности. Кинетические уравнения в зависимости от порядка реакции.

4. Влияние температуры на  скорость реакции. Правило Вант-Гоффа и уравнение Аррениуса. Энергия активации.

5. Определение катализа и катализатора. Механизм гомо - и гетерогенного катализа.

6. Ферментативный катализ. Зависимость скорости биохимических процессов от концентрации фермента и субстрата. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

7. Понятие о сложных химических реакциях.

Б. Список рекомендуемой литературы:

1. Общая химия Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для ВУЗов/ , , и др. - 2 изд. - М.: ВШ, 2002.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов./под ред. , - М.: ВШ, 2006.

3. , , Сборник задач и упражнений по общей химии. - М.: ВШ, 2007.

4. текст лекций.

В. Обучающий материал.

Табл.1. Кинетические уравнения

Порядок реакции	Кинетическое уравнение	Обычная единица измерения константы скорости	Зависимость концентрации от времени
0	v = k	моль∙ л-1∙с-1	C = C0-kt
1	v = kС	с-1	lnC = lnC0-kt
2	v = kС2 или  v = kСАСВ	л∙моль-1∙с-1

Г. Обучающие задачи

Задача 1. Окисление угарного газа парами воды идет по уравнению: СО г + Н2О г = Н2 г + СО2 г. Как изменится скорость реакции, если концентрацию паров воды увеличить в 3 раза?

Решение. Составим кинетическое уравнение по закону действующих масс V=K[CO][ Н2О] (уравнение второго порядка). Если концентрацию паров воды увеличить в 3 раза, то и скорость реакции возрастет в 3 раза. Ответ: Скорость реакции увеличится в 3 раза

Задача 2. Скорость распада газа для ингаляционного наркоза N2O описывается уравнением первого порядка. При концентрации газа 0,8 моль/л скорость распада составляла 0,00752 моль/л⋅с. Рассчитайте скорость реакции при концентрации N2O 1,2 моль/л.

Решение. Т. к. уравнение первого порядка, оно будет иметь вид V=K[N2O]. Зная скорость реакции и концентрацию газа, рассчитаем константу К=V/[N2O] = 0,00752 / 0,8=0,0094с-1. При концентрации 1,2моль/л, скорость будет равна V= K[N2O]=0,0094 с-1∙1,2моль/л = 0,01128 моль/л⋅с.

Ответ: 0,01128 моль/л⋅с.

Задача 3. Начальная концентрация лекарственного препарата в крови составила 0,00015.моль/л. Рассчитайте скорость реакции распада этого лекарства, если израсходовалось 75% препарата, константа скорости равна 0,0003с-1, исходя из кинетического уравнения первого порядка.

Решение. Т. к. израсходовалось 75% препарата, то в крови осталось 25%. Найдем 25% от 0,00015моль/л. С(преп.)= 0,00015∙25% / 100% = 3,75∙10-5моль/л. Кинетическое уравнение первого порядка имеет вид v = kС. Подставив данные, получим V=0,0003∙3,75∙10-5= 1,125∙10-8 моль/л⋅с.

Ответ: 1,125∙10-8 моль/л⋅с.

Д. Задачи для самостоятельного решения.

Задача 1. Для обнаружения мышьяка в биологических объектах используют реакцию

2AsH3(г) = 2As(т) + 3H2(г). Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию арсина в 3 раза? (Ответ: увеличится в 9 раз).

Задача 2. Дана простая реакция  А + В → Продукты, С0(А)= 0,03моль/л, С0(В)= 0,02моль/л, константа скорости равна 0,00017л/(моль∙с). Рассчитайте начальную скорость реакции и в момент, когда концентрация вещества В уменьшится в 2 раза. (Ответ: 1,02∙10-7 моль/л⋅с; 3,4∙10-8 моль/л⋅с).

Задача 3. Углеводы окисляются в живых организмах при температуре 37°С, а вне его окисление происходит при 450-500°С. Объясните причину этого явления.

ТЕСТЫ № 000-220