Kataliz ve Sıcaklık Bağımlılığı
Reaksiyon hızları, Arrhenius denklemi ile ifade edildiği üzere sıcaklıkla keskin bir şekilde artmaktadır ve katalizörler, daha düşük aktivasyon bariyerlerine sahip alternatif yollar sağlayarak reaksiyonları hızlandırmaktadır.
Tanım
Kataliz, daha düşük enerjili bir yol sağlayan ve değişmeden yeniden oluşan bir madde tarafından bir reaksiyonun hızlandırılmasıdır; sıcaklık bağımlılığı ise hız sabiti, aktivasyon enerjisi ve sıcaklık arasındaki Arrhenius ilişkisini ifade etmektedir.
Kapsam
Bu konu, Arrhenius denklemi aracılığıyla hız sabitlerinin sıcaklık bağımlılığını, aktivasyon enerjisini ve ön-üstel faktörü ile bunların çarpışma ve geçiş hali kuramları ile moleküler yorumlarını kapsamaktadır. Kataliz kinetiğini: katalizörlerin tüketilmeden aktivasyon bariyerini nasıl düşürdüğünü, homojen ve heterojen katalizi, Langmuir-Hinshelwood ve Eley-Rideal yüzey mekanizmalarını ve Michaelis-Menten şeması aracılığıyla enzim katalizini ele almaktadır. Aktifleşmiş kompleksin ayrıntılı teorisi ve temel hız yasaları ilgili diğer konularda ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Arrhenius denklemi hız sabitini sıcaklık ve aktivasyon enerjisiyle nasıl ilişkilendirmektedir?
- Bir katalizör, tüketilmeden veya dengeyi değiştirmeden hızı nasıl artırmaktadır?
- Langmuir-Hinshelwood ve Eley-Rideal mekanizmaları yüzey katalizini nasıl tanımlamaktadır?
- Michaelis-Menten şeması enzim kinetiğini ve doygunluğu nasıl açıklamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Arrhenius denklemi ve ön-üstel faktör
- Aktivasyon enerjisi
- Homojen ve heterojen kataliz
- Langmuir-Hinshelwood ve Eley-Rideal mekanizmaları
- Michaelis-Menten enzim kinetiği
Temel kuramlar
- Arrhenius denklemi
- Hız sabiti, aktivasyon enerjisinin termal enerjiye negatif oranına üstel olarak bağlıdır, bu nedenle hız sabitinin logaritmasının ters sıcaklığa karşı çizilen grafiği, eğiminden aktivasyon enerjisini vermektedir.
- Michaelis-Menten enzim kinetiği
- Bir enzim, ürüne dönüşen bir kompleks oluşturmak için hızlı bir ön-denge içinde substratı bağlar ve bu durum, substrat konsantrasyonuyla artan ve maksimum bir hızda doygunluğa ulaşan, Michaelis sabiti ile karakterize edilen bir hız vermektedir.
Klinik önem
Bu fikirler, amonyak sentezi ve katalitik konvertörler gibi endüstriyel heterojen katalizin, kimyasal süreçlerin ve depolanan malzemelerin sıcaklık kontrolü ve stabilitesinin ve katalizi biyokimya ve ilaç etkisinin merkezine yerleştiren enzimlerin kantitatif analizinin temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Berzelius, 1835 yılında kataliz adını vermiştir; Arrhenius, 1889 yılında hızların sıcaklık yasasını ortaya koymuştur ve yirminci yüzyılın başlarında Langmuir'in yüzey kinetiği ve Michaelis-Menten'in 1913 enzim tedavisi görülmüş, katalizi kinetiğin kantitatif bir dalı olarak kurmuştur.
Öne çıkan isimler
- Svante Arrhenius
- Jons Jacob Berzelius
- Leonor Michaelis
İlgili konular
Temel eserler
- atkins2018
- laidler1987
Sıkça sorulan sorular
- Bir katalizör bir reaksiyonda tükenir mi?
- Hayır. Bir katalizör mekanizmaya katılır ancak katalitik döngünün sonunda yeniden oluşur, bu nedenle prensipte küçük bir miktar, büyük bir miktarda reaktantı dönüştürebilir; ancak gerçek katalizörler zamanla bozulabilir veya zehirlenebilir.
- Sıcaklığı artırmak reaksiyonları neden genellikle bu kadar dramatik bir şekilde hızlandırmaktadır?
- Aktivasyon bariyerini aşmak için yeterli enerjiye sahip moleküllerin oranı sıcaklıkla üstel olarak artmaktadır, bu nedenle mütevazı bir sıcaklık artışı bile hızı katlayabilir; bu da birçok reaksiyonun her on derecelik artış için hızını yaklaşık olarak ikiye katlamasının nedenidir.