Транспорт веществ кинетика

При гетерогенном катализе химическая реакция протекает на поверхности твердого тел , поэтому процессы транспорта веществ к поверхности и от нее играют важную роль. Если химическое превращение идет гораздо медленнее процессов массообмена, то кинетика определяется процессами на поверхности твердого тела. Если же, напротив, реакция очень быстрая, то кинетика зависит от процессов массообмена. [c.765]

Молекулярная биофизика есть первая часть биофизики в целом. Дальнейшее изложение биофизики должно быть посвящено, с одной стороны, общим физическим основам биологии, с другой, — физическому рассмотрению ряда важнейших процессов, имеющих универсальный характер в живой природе. К этим процессам относятся мембранный транспорт вещества и зарядов, механохимические процессы и другие биоэнергетические явления, в частности, дыхание и фотосинтез. На основе общих представлений теоретической биофизики, развиваемых в термодинамике необратимых процессов и в нелинейной кинетике, подлежат рассмотрению разнообразные нелинейные явления в живых организмах и проблемы развития. Построение физики всех названных явлений лишь начато, но многое уже стало известным и понятным. [c.612]

В работах [8—10] обсуждается еще один механизм, приводящий к уравнению (1) — сочетание поверхностных процессов с растворением, даже если поверхность однородна, а зерна монодисперсны. Были рассмотрены закономерности кинетики взаимодействия между газом и твердым телом, когда одновременно идут процессы транспорта вещества в газовой фазе, адсорбции, внедрения (перехода из адсорбированного состояния в растворенное, с образованием адсорбционного слоя в твердой фазе [c.255]

Не следует также пренебрегать давлением паров твердых реагентов при температурах опытов. Сублимация может быть причиной некоторых осложнений. Во-первых, она приводит к дополнительной потере веса и тем самым искажает гравиметрические данные. Во-вторых, часть твердого вещества может прореагировать в газовой фазе и за счет транспорта вещества образовавшийся в газе продукт будет влиять на процессы зародышеобразования на поверхности твердого реагента. Испарение твердого продукта реакции по тем же причинам приведет к изменению кинетики его образования. [c.74]

При набухании митохондрий из окружающей жидкой фазы, гиалоплазмы, в митохондрии проникают субстраты окисления и другие растворенные вещества. Наоборот, при сокращении митохондрий происходит выталкивание различных веществ и поступление их в гиалоплазму. Этот обмен также представляет собой особую форму мембранного транспорта. Изучение кинетики активного транспорта сахаров внутрь митохондрий показало, что транспорт субстрата падает в несколько раз при сокращении митохондрий. Тем самым сокращение митохондрий вызывает ослабление процесса дыхательного фосфорилирования. Отсюда регулирование скорости реакций дыхания посредством изменения проницаемости. [c.184]

При транспорте некоторых веществ наблюдается кинетика с насыщением, т. е. скорость поступления вещества выходит-на плато, по достижении которого дальнейшее увеличение концентрации вещества не приводит к ее росту (рис. 1.8, в). Подобную кинетику с насыщением рассматривают как указание на то, что процесс переноса имеет лимитирующую стадию. Это может быть связывание проникающей молекулы с определенным участком внутри канала или вблизи него или транспорт вещества через мембрану с помощью переносчика, который свободно диффундирует внутри мембраны от одной стороны к другой и ускоряет перенос вещества через мембрану. Поскольку число молекул переносчика и скорость переноса конечны, скорость опосредованного транспорта должна достигать максимума (транспортный макс), когда все молекулы переносчика заняты данным веществом. [c.32]

Так как рассматриваемые гетерофазные реакции локализованы в некоторой перемещающейся области реакционного пространства — гранулы сополимера, то в последней возникают градиенты концентраций (и температур), что обусловливает появление потоков диффундирующего вещества (и тепла). Количественная характеристика этих процессов существенна, так как для брутто-процесса именно диффузионный транспорт исходных веществ определяет распределение концентраций компонентов в реакционной зоне. Эти обстоятельства находят подтверждение в многочисленных работах но изучению кинетики и механизма реакций сульфирования и фосфорилирования 17—12]. [c.334]

В гомогенных системах реакция идет во всем реакционном объеме, так как мы называем гомогенной именно систему, имеющую одинаковый химический состав во всех ее участках. В гетерогенных системах химический состав фаз различен, и реакция осуществляется на границе раздела фаз. Поэтому кинетика взаимодействия определяется не только кинетикой собственно химической реакции — кинетикой образования нового вещества, но и скоростью транспорта реагентов в зону реакции и сквозь зону. Этот транспорт осуществляется путем диффузии вещества как внутри объема контактирующих фаз, так и сквозь слой образующегося вещества. [c.227]

Инфракрасная (ИК) спектроскопия используется в различных областях науки, и в каждой из них придается- этому термину различный смысл. Для химика-аналитика это удобный метод решения таких задач, как, например, определение пяти изомеров гексахлорциклогексана, качества парафина, смолы, полимера, эмульгатора в эмульсии для полировки, опознание страны, из которой вывезен контрабандный опиум. Физику ИК-спектроскопия представляется методом исследования энергетических уровней в полупроводниках или определения межатомных расстояний в молекулах. Она может быть также полезна и при измерении температуры пламени ракетного двигателя. Для химика-органика это метод идентификации органических соединений, позволяющий выявлять функциональные группы в молекулах и следить за ходом химических реакций. Для биолога ИК-спектроскопия - перспективный метод изучения транспорта биологически активных веществ в живой ткани, ключ к структуре многих естественных антибиотиков и путь познания строения клетки. Физикохимику метод позволяет приблизиться к пониманию механизма гетерогенного катализа и кинетики сложных реакций. Он служит дополнительным источником информации при расшифровке структуры кристаллов. В этих и многих других областях знания ИК-спектроскопия служит исследователям мощным средством изучения тайн вещества. Вероятно, справедливо будет сказать, что из всех инструментальных методов ИК-спектроскопия наиболее универсальна. [c.9]

При реальном протекании гетерогенной реакции в природе или технике наблюдаемая скорость реакции определяется, с одной стороны, истинной химической кинетикой на поверхности, а с другой,— скоростью транспорта реагирующих веществ к этой поверхности молекулярной или конвективной (в частности турбулентной) диффузией. Исследование протекания химических процессов в подобных условиях составляет предмет диффузионной кинетики. [c.51]

Разнообразие в свойствах переносчиков и в кинетике транспорта различных веществ привело к созданию самых разных моделей мембранного транспорта. В литературе известны более двух десятков таких моделей. [c.50]

Кинетика адсорбции. Скорость процесса адсорбции зависит от условий транспорта адсорбируемого вещества и поверхности (внешний перенос) и переноса его внутри зерен адсорбента (внутренний перенос). Скорость внешнего переноса определяется гидродинамической обстановкой процесса, а внутреннего — структурой адсорбента и физико-химическими свойствами системы. Гидродинамическая обстановка зависит от условий проведения процесса. Процессы адсорбции проводятся в основном двумя способами — в плотном и псевдоожиженном слоях адсорбента. В первом случае поток в пространстве между частицами приближается по структуре к модели поршневого движения, во втором — к модели идеального смешения. Кинетика внешнего переноса описывается уравнением [c.507]

Фильтрация масла и водорода через набивку твердого катализатора обеспечивает хороший контакт реагирующих компонентов с поверхностью катализатора, что особенно важно ввиду невысокой растворимости водорода в тяжелых нефтепродуктах [1]. Высокая концентрация катализатора и хороший транспорт реагирующих веществ к поверхности катализатора благоприятно сказываются па кинетике гидрирования и крекинга процесс протекает при низких температурах с высокой скоростью. [c.229]

Для суждения о кинетике скорости окисления железа исследования необходимо проводить при условиях, когда наблюдаемая скорость реакции совпадает с истинной скоростью кристаллохимических превращений железа в окислы. Это возможно в том случае, когда на наблюдаемую скорость процесса не влияет скорость транспорта реагирующих веществ к поверхности и в объем частички железа. [c.30]

Большое значение в промышленном синтезе полимеров имеют гетерогенные процессы. Скорость гетерогенных реакций зависит не только от законов химической кинетики, но также от физических факторов, определяющих условия транспорта реагирующих веществ к поверхности раздела, от скорости диффузии и массопередачи. [c.155]

В имеющейся литературе существует также значительный разрыв между описанием явлений электронного переноса в твердых телах (главным образом, в металлах и валентных полупроводниках) и различными диффузионными процессами. Вместе с тем статистико-термодинамическая теория разупорядоченности позволяет рассмотреть проблему транспорта в твердых телах в рамках единого формализма и тем самым значительно уменьшить указанный разрыв. При этом оказывается возможным связать воедино большое число самых различных явлений, обусловленных переносом вещества и электричества в твердых телах, в том числе и кинетику гетерогенных процессов, сопровождающих твердофазные химические реакции. [c.6]

Предположим, что обменно-десорбционные процессы на границе полимер — субстрат в присутствии низкомолекулярного компонента подчиняются закономерностям кинетики химической реакции л-го порядка с константой реакции к, а проникновение компонента через слой полимера описывается традиционными феноменологическими соотношениями теории массопереноса. Причем в начальный момент на поверхности полимерного слоя в сэндвичевой системе, контактирующего с агрессивной средой, мгновенно устанавливается некоторая равновесная концентрация низкомолекулярного вещества Со, соответствующая его растворимости в полимере. Продвижение диффузионного фронта в объем к межфазной границе либо вдоль нее происходит в однородном гомогенном материале с коэффициентом диффузии, не зависящим от концентрации низкомолекулярного компонента. Примем, что изменение параметров многослойных систем связано некоторым образом с концентрацией низкомолекулярного вещества пусть изменение а обусловлено сорбцией в объеме полимерных материалов, а Л и — адсорбцией на межфазной границе полимер — субстрат. При насыщении сорбатом системы параметры достигают равновесных значений. Тогда, очевидно, имея аналитическое выражение этих связей и уравнения, описывающие транспорт и накопление низкомолекулярного вещества в объеме адгезива и на его границе с субстратом, можно получить выражения для описания кинетики изменения свойств многослойных систем. [c.273]

Кинетика не осталась безучастной к такому важному шагу, как переход от лабораторного эксперимента к промышленному, от маленького сосуда в лаборатории к крупному реактору в промышленности. Как осуществить этот переход Не появятся ли при этом принципиально новые качества в ходе химического процесса В большом реакторе возникает проблема передачи тепла, транспорта реагирующих веществ, естественного и искусственного перемешивания. Возникают серьезные инженерно-технические проблемы. Эти проблемы решает интенсивно развивающаяся область макроскопической кинетики. [c.18]

Особенностью транспортных процессов в отличие от физической диффузии является их стереоспецифичность, в этом случае близкие по химической структуре вещества конкурируют при транспорте за общий переносчик. Ограниченное количество молекул переносчика в мембране приводит к тому, что зависимость начальной скорости транспортного процесса от концентрации субстрата описывается уравнением ферментативной кинетики Михаэлиса—Ментен с аналогичными параметрами Кт и Ктах), а графически выражается гиперболой (рис. 3.5, 2) [c.53]

Особенностью транспортных процессов, в отличие от диффу зии, является также их стереоспецифичность, в результате которой близкие по химической структуре вещества конкурируют при транспорте за общий переносчик (канал). Ограниченное количество молекул переносчика в мембране приводит к тому, что зависимость начальной скорости транспорта от концентрации субстрата описывается уравнением гиперболы, формально сходным с уравнением Михаэлиса—Ментен, описывающим ферментативную кинетику с аналогичными параметрами (К и V ) (см. гл. 4) [c.101]

Проблема измерений кинетики транспорта Н+ резко усложняется в случае Д 1Н-генераторов, использующих химическую энергию, а не свет. Чтобы быстро включить такой генератор, требуется светочувствительное вещество, служащее либо предшественником субстрата (или активатора), либо ингибитором исследуемого фермента. Применение такого подхода ограничивается требованием, чтобы процесс превращения предшественника в субстрат под действием света сам по себе не сопровождался изменением pH. Это ограничение не критично, если измеряют не выделение или поглощение Н+, а [c.42]

Наиболее представительной характеристикой активности катализатора является скорость реакции в его присутствии, количественно характеризуемой константой скорости. Задача разработки методики измерения констант скоростей исследуемых реакций сводилась к получению данных о величинах выходов продуктов реакций (степеней превращения) в зависимости от параметров процесса времени контакта, исходного состава смеси, температуры. Основным параметром, который варьировался при постановке измерений было время контакта ( ), что достигалось изменением скорости газа-носителя или количества катализатора. Соотношение реагентов для реакции Клауса Н2 5 8 0 составляло 2 1, а для реакции гидролиза 0 52 20, 1 2 соответственно. Однако измерение скоростей каталитических реакций сопряжено с преодолением многих методических трудностей, таких как искажение истинной кинетики реакции эффектами, связанными с транспортом исходных веществ и продуктов реакции из потока к гранулам катализатора, медку гранулами и внутри их, а также возникновение температурных градиентов как по дайне слоя, так и по радиусу гранулы. [c.86]

Основу метода составляют два главных принципа 1) исследования кинетики проводятся в неперемешиваемых системах, так как при этом имеется возможность строго описать транспорт веществ в фазах 2) кинетика переноса исследуется вплоть до весьма малых значений времени контактирования фаз, что достигается регистрацией одновременно двух кинетических кривых, относящихся к одному и тому же процессу, но снятых в разных временных интервалах (О—2 и О—1000 с). Это дает возможность идентифицировать тип химических реакций, сопровождающих массопередачу с высокой точностью определить значение начальной скорости экстракции и затем рассчитать эффективную константу скорости поверхностного процесса найти коэффициенты диффузии веществ в фазах проводить зондирование весьма тонких слоев возле границы раздела фаз. [c.189]

В гетерогенных системах компоненты реакщюнной смеси распределены в двух или нескольких фазах. Кинетические особенности этих систем в значительной степени определяются местом протекания реакции и характером транспорта веществ. Даже в простейшей двухфазной системе реакция может протекать в объеме одной из фаз, в объеме обеих фаз и на поверхности раздела фаз. Во всех случаях реагирующие вещества расходуются неравномерно по объему системы. Убыль реагентов восполняется за счет процессов диффузии или перемешивания, так что закономерности этих процессов вносят существенный вклад в наблюдаемую кинетику реакции. Таким образом, суммарный процесс представляет собой последовательность стадий, имеющих как химическую, так и физическую природу. [c.21]

Целью исследования является физическая интерпретация процессов транспорта вещества (выяснение механизма и стадии, лимитирующей общую скорость) и определение коэффициентов скорости. В общем случае решение этой задачи затруднено из-за комплексности явлений транспорта (их многообразия и взаимного перекрывания). При изучении кинетики сорбции газа макроскопическим образцом цеолита в виде прессованного тела или слоя насыпанных кристаллов, обладающим помимо микропористой структуры также вторичной (макро-) пористостью, необходимо учитывать следующие стадии процесса 1) приближение сорбтива ко внешней поверхности образца 2) преодоление пленки на внешней поверхности образца (возможен транспорт в пленке вдоль поверхности) 3) транспорт во вторичной пористой структуре (возможны различные механизмы) 4) преодоление сопротивления транспорту на внешней поверхности цеолита (возможен транспорт вдоль внешней поверхности кристаллов) 5) транспорт в микропористой структуре кристаллов цеолита. [c.67]

Весьма важный этап — это формализация модели, т. е. эставление уравнений, описывающих происходящие про-ессы. На схеме (см. рис. 31, а) каждый процесс, изобра- енный стрелкой, можно представить как мономолеку-ярную реакцию, скорость которой пропорциональна кон-ентрации вещества. Заметим, что с точки зрения кинетики роцессы транспорта веществ через мембраны тоже отно-ятся к этой категории. Изменение концентрации вещества блоках 2, 1 и 3 описывается обычными для кинетики ифференциальными уравнениями [c.91]

Для транспорта веществ с участием переносчиков (облегченная диффузия, активный перенос) характерна кинетика насыщения при определенной (насыщающей) концентрации переносимого вещества в переносе принимают участие все имеющиеся молекулы переносчика, и скорость транспорта достигает предельной величины (V ,) Например, для переносчика глюкозы, обеспечивающего реабсорбцию глюкозы из первичной мочи, насыщающая концентрация глюкозы равна 180 мг/дл (почечный порог). Если концентрация глюкозы в крови больше 180 мг/дл, то часть ее остается в окончательной моче и выводится из организма (глю-козурия). При наследственной почечной глюкозурии почечный порог снижен, и глюкозурия начинается уже при концентрации глюкозы в крови около 150 мг/дл. По-видимому, это связано с дефектом переносчика глюкозы. [c.212]

Большое внимание в последнее десятилетие уделялось взаимосвязи между скоростями химической реакции и диффузии. Дамкел-лер и особенно Франк-Каменецкий широко развили эту область. Последний различает микрокинетику (т. е. химическую кинетику) и макрокинетику (т. е. физический транспорт — перенос реаги-руюш их веществ). Следуя ван Кревелену мы должны учитывать при макрокинетическом анализе величины среднего моле1 улярного пробега, распределения вещества в гетерогенных системах (диффузия) и в реакторе в целом (перенос конвекцией). Укажем, что для получения сведений о химической кинетике мы все еще должны полностью полагаться на экспериментальные данные по каждой отдельной исследуемой реакции. [c.20]

Все реакции микробиологического превращения углеводородов являются окислительными процессами. Предельная восстановлен-ность этих веществ делает необходимым для их окисления включение кислорода. Гидрофобный характер молекулы углеводородов является причиной того, что процессы окисления осуществляются оксигеназа-ми, в отличие от окисления более гидрофильных веществ, происходящего под действием дегидрогеназ. Гидрофобность углеводородных субстратов и их ничтожная растворимость в воде требует специфического способа транспорта таких веществ в клетку. Этот процесс еще недостаточно изучен, но имеющиеся в настояищй момент данные говорят о том, что на основном этапе он происходит пассивно, поэтому способы поступления углеводородного субстрата к клеткам в водной среде и его транспорта через оболочку существенно влияют на кинетику роста культур на углеводородных средах [149]. [c.85]

Интенсификация процесса поглощения примеси за счет поверхностной диффузии особенно отчетливо проявляется при сопоставлении скорости адсорбции таких веществ, как вода, цеолитами со связующими и без связующего. В последнем случае, как указывалось, вторичная пористая структура составлена сростками кристаллов цеолита и транспорт адсорбата эффективно происходит по поверхности этой силикатной поверхности, что значительно убыстряет процесс поглощения в целом. Поэтому скорость поглощения воды цеолитом без свя35 -ющего значительно выше, чем у обычных типов цеолитов, где вторичные поры выстланы не активным в кинетическом отношении материалом — глиной. Как будет показано ниже, в некоторых случаях это свойство цеолитов без связующего становится решающим при выборе типа адсорбента для решения конкретной задачи. Кинетика адсорбции [18] часто определяет выбор поглотителя. [c.189]

При иротеканни гетерогенной каталитической реакции возможны два предельных случая 1) скорость реакцпи значительно больше скорости транспорта реагирующих веществ, и кинетика реакции онределяется скоростью диффузии (диффузионная область) 2) скорость реакции зависит только от концентрации реагирующих веществ, тождественных у поверхности и в объеме, и не определяется [c.127]

В других исследованиях [39, 40], основанных на применении проточных методов, было показано, что скорость реакции образования акролеина выражается уравнением первого порядка относительно парциального давления кислорода, не зависит от парциального давления пропилена и тормозится такими продуктами реакции, как, нанример, альдегиды. В то же время скорость образования СОг выражается уравнением первого порядка по отношению к кислороду и тормозится как акролеином, так и пропиленом. Энергии активации реакций образования акролеина и СОг с учетом поправок на тормозящее действие продуктов реакции составляют соответственно 15 и 25 ккал-молъ . Необходимо подчеркнуть следующее важное обстоятельство вполне возможно, что транспорт массы через газовую фазу и внутрь пористой структуры катализатора оказывает влияние на кинетику реакции. Кроме того, температура, нри которой скорость образования акролеина делается сравнимой со скоростями диффузии реагирующего вещества и продуктов реакции, может отличаться от температуры, нри которой скорость образования СОг сравнима со скоростями диффузии. Это может очень сильно влиять на состав продуктов реакции при определенной температуре и поэтому может иметь важное -значение либо при определении величины этого эффекта, либо при исследовании кинетики реакции, происходящей в таких условиях, когда влиянием массопереноса можно пренебречь. [c.327]

Имеются веские доказательства, говорящие о том, что поглощение ионов связано не с самим переносом электронов, а с макроэргичес-кими фосфатными соединениями. Сатклифф и Хэкитт [149] отмечали, что если опираться на механизм фосфорилирования, то удается создать общую концепцию транспорта ионов, одинаково применимую как для аэробных, так и для анаэробных систем. Другим несомненным достоинством такого подхода является возможность построения единой схемы для эффективного транспорта как нейтральных молекул, так и положительно или отрицательно заряженных ионов. Все возрастает число фактов, говорящих в пользу того, что кинетика и биохимия процессов транспорта растворенных нейтральных органических веществ чрезвычайно напоминают то, что наблюдается для неорганических ионов [12, 13, ИЗ]. Кроме того, имеется достаточное количество данных, говорящих об участии фосфорилированных промежуточных продуктов в переносе неорганических ионов и органических веществ в тканях животных, а также о зависимости этого переноса от АТФ [135]. Наконец, концепция, предусматривающая участие механизма фосфорилирования, позволяет охватить также такие системы, в которых энергия для переноса ионов поставляется не дыханием, а фотофосфорилированием [96, 104]. [c.263]

Транспортные процессы обычно рассматривают как подклассы реакций, катализируемых ферментами, поэтому здесь применимы принципы и методы изучения ферментативной кинетики. Например, график двойных обратных координат Лайнуивера — Бэрка, отражающий зависимость величины, обратной скорости транспорта, от величины, обратной концентрации растворенного вещества, часто представляют собой прямые линии, позволяющие вычислить значения Км (константы Михаэлиса) и Утах (максимальной скорости). Конкретный пример можно найти в работе Эймса [1]. Можно также построить кривые Эди—Хофсти, отражающие отношение скорости транспорта к скорости, деленной на концентрацию субстрата. Затруднения, возникающие при исследовании кинетики ферментов, встречаются и при изучении транспорта. [c.455]

Процессы движения растворенных веществ через мембраны могут быть опосредованными или неопосредованными. Неопосредованный транспорт растворенного вещества представляет собой чисто физическую диффузию вещества вдоль его концентрационного градиента. Диффундирующая молекула во время прохождения через мембрану не модифицируется химически и не соединяется с другими видами молекул. Для опосредованных, нли облегченных, мембранных транспортных процессов характерны кинетика насыщения (т. е. транспортная система может насыщаться транспортируемым растворенным веществом) и специфичность к транспортируемому веществу. [c.374]

Метод центрифугирования в силиконовом масле можио использовать для выяснения механизма обмена веществ в ходе транспорта и для изучения кинетики этого процесса. Если использовать физиологические коицеитрации метаболитов, то можно далее различить поглощение за счет диффузии и поглощение с участием переносчика. В отличие от диффузии транспорт, опосредуемый переносчиком, характеризуется кинетикой с насыщением нри высоких концентрациях субстрата (обычно в пределах 10 мМ). Ему свойственна высокая чувствительность к температуре, а метаболиты, транспортируемые одинм и тем же переносчиком, обычно конкурируют друг с другом. Поглощение, опосредуемое переносчиком, подавляется некоторыми сульфгидрильиыми реагентами. [Сульфгидрильные реагенты взаимодействуют с сульфгндрильными группами белков п таким образом мешкают белку выполнять его каталитическую функцию.] Ингибирование поглощения, напрнмер специфическими аналогами субстрата, таклсе служит доказательством участия в этом процессе переносчика. [c.372]