الحفز والاعتماد على درجة الحرارة
ترتفع معدلات التفاعل بشكل حاد مع درجة الحرارة بطريقة توضحها معادلة أرينيوس، وتسرّع المحفزات التفاعلات من خلال توفير مسارات بديلة ذات حواجز تنشيط أقل.
Definition
الحفز هو تسريع التفاعل بواسطة مادة توفر مسارًا ذا طاقة أقل وتُعاد تجديدها دون تغيير، ويشير الاعتماد على درجة الحرارة إلى علاقة أرينيوس بين ثابت المعدل وطاقة التنشيط ودرجة الحرارة.
Scope
يغطي هذا الموضوع الاعتماد على درجة الحرارة لثوابت المعدل من خلال معادلة أرينيوس، وطاقة التنشيط والعامل الأسي الأولي، وتفسيرها الجزيئي بواسطة نظريات الاصطدام وحالة الانتقال. كما يغطي حركية الحفز: كيف تخفض المحفزات حاجز التنشيط دون أن تُستهلك، والحفز المتجانس وغير المتجانس، وآليات لانجمير-هينشلوود وإيلي-ريدال السطحية، والحفز الإنزيمي من خلال مخطط ميكايليس-مينتن. وتُعالَج النظرية التفصيلية للمركب المنشط وقوانين المعدل الأساسية في مواضيع ذات صلة.
Core questions
- كيف تربط معادلة أرينيوس ثابت المعدل بدرجة الحرارة وطاقة التنشيط؟
- كيف يزيد المحفز من المعدل دون أن يُستهلك أو يغير التوازن؟
- كيف تصف آليتا لانجمير-هينشلوود وإيلي-ريدال الحفز السطحي؟
- كيف يفسر مخطط ميكايليس-مينتن حركية الإنزيمات والتشبع؟
Key concepts
- معادلة أرينيوس والعامل الأسي الأولي
- طاقة التنشيط
- الحفز المتجانس وغير المتجانس
- آليتا لانجمير-هينشلوود وإيلي-ريدال
- حركية الإنزيمات لميكايليس-مينتن
Key theories
- معادلة أرينيوس
- يعتمد ثابت المعدل أسيًا على النسبة السالبة لطاقة التنشيط إلى الطاقة الحرارية، لذا فإن رسم بياني للوغاريتم ثابت المعدل مقابل مقلوب درجة الحرارة ينتج طاقة التنشيط من ميله.
- حركية الإنزيمات لميكايليس-مينتن
- يرتبط الإنزيم بالركيزة في توازن أولي سريع لتكوين مركب يتحول إلى ناتج، مما يعطي معدلًا يرتفع مع تركيز الركيزة ويتشبع عند سرعة قصوى، يتميز بثابت ميكايليس.
Clinical relevance
تدعم هذه الأفكار الحفز الصناعي غير المتجانس مثل تخليق الأمونيا والمحولات الحفزية، والتحكم في درجة الحرارة واستقرار العمليات الكيميائية والمواد المخزنة، والتحليل الكمي للإنزيمات الذي يجعل الحفز محوريًا في الكيمياء الحيوية وعمل الأدوية.
History
أطلق برزيليوس اسم الحفز في عام 1835؛ وقدم أرينيوس قانون درجة الحرارة للمعدلات في عام 1889، وشهد أوائل القرن العشرين حركية لانجمير السطحية ومعالجة ميكايليس-مينتن للإنزيمات عام 1913، مما أرسى الحفز كفرع كمي من الحركية.
Key figures
- Svante Arrhenius
- Jons Jacob Berzelius
- Leonor Michaelis
Related topics
Seminal works
- atkins2018
- laidler1987
Frequently asked questions
- هل يستهلك المحفز في التفاعل؟
- لا. يشارك المحفز في الآلية ولكنه يُعاد تجديده بنهاية الدورة التحفيزية، لذا من حيث المبدأ يمكن لكمية صغيرة أن تحول كمية كبيرة من المتفاعلات، على الرغم من أن المحفزات الحقيقية قد تتدهور أو تتسمم بمرور الوقت.
- لماذا يؤدي زيادة درجة الحرارة عادةً إلى تسريع التفاعلات بشكل كبير؟
- تنمو نسبة الجزيئات التي لديها طاقة كافية لعبور حاجز التنشيط أسيًا مع درجة الحرارة، لذا فإن ارتفاعًا متواضعًا في درجة الحرارة يمكن أن يضاعف المعدل، وهذا هو السبب في أن العديد من التفاعلات تتضاعف تقريبًا في معدلها لكل زيادة عشر درجات.