Сложные реакции в открытых системах

Лимитирующая стадия сложного химического процесса. . Сложные реакции в открытых системах.......... [c.463]

Гетерогенность разных видов и клонов бактерий по магнитной восприимчивости определяется количественным соотношением в них диа- и парамагнитных соединений (Павлович, 1984, 1985 Павлович, Галлиулин, 1986 Галлиулин, 1986). Развивающиеся микроорганизмы не находятся в строгом равновесии с окружающей средой и являются неравновесными открытыми системами, т. е. в течение определенного времени в химическом составе клеток каких-либо изменений не происходит, хотя клеточные вещества постоянно и очень интенсивно обновляются. Кажущееся постоянство химического состава объясняется тем, что процессы обмена веществом и энергией между питательной средой и микробными клетками уравновешены. Отличаясь устойчивостью, метаболизм микробов в то же время характеризуется и значительной изменчивостью. Скорость катаболизма и биосинтеза структурных элементов в каждый момент определяется потребностями клеток, которые обычно обеспечиваются минимальными количествами вещества, что обусловлено наличием тонких механизмов регуляции обмена веществ и энергии. Самые простые из них, влияющие на скорость ферментативной реакции у бактерий, вызывают изменения концентрации водородных ионов, субстрата, появление ингибиторов или, наоборот, активаторов и т. д. Более сложным уровнем регуляции может быть ингибирование мультиферментных реакций конечным продуктом определенной метаболической последовательности регуляторных ферментов, катализирующих начальные звенья цепи биохимической реакции. Клеточный метаболизм, наконец, детерминируется генотипом, поэтому скорость синтеза ферментов и течение реакций у микроорганизмов высокоспецифичны. [c.81]

Отношение стационарных концентраций А и В, следовательно, не равно константе равновесия реакции К — к к. Таким образом, в открытой системе, несмотря на протекание в ней химического процесса, могут сколь угодно долго поддерживаться термодинамически неравновесные концентрации веществ. Это положение, показанное на простейшем примере обратимой реакции первого порядка, сохраняется и в случае сложных химических процессов. Оно имеет исключительно важное значение для понимания процессов в живых организмах, которые представляют собой термодинамически неравновесные системы, сохраняющиеся в стационарном состоянии только благодаря наличию обмена веществ с окружающей средой. [c.387]

СЛОЖНЫЕ РЕАКЦИИ В ОТКРЫТЫХ СИСТЕМАХ [c.235]

Из этих же соотношений можно получить условия материального баланса в открытой системе, т. е. соотношения между концентрациями компонентов по ходу реакции. Действительно, для каждого из компонентов сложной реакции выполняется соотношение, аналогичное (IV.64) и (IV.65) [c.236]

Поскольку скорости реакции по каждому из компонентов могут быть выражены с помощью соотношений (V.4) через скорости отдельных стадий и тем самым через концентрации компонентов Х , выражения (V.109) образуют систему дифференциальных уравнений, описывающую зависимость [Х ] от i, т. е. кинетику реакции в открытой системе. Для получения уравнений кинетических кривых необходимо проинтегрировать эту систему дифференциальных уравнений. При этом можно предварительно исключить из этой системы диф( )еренциальных уравнений N — q концентраций с помощью (V.111), т. е., как и в случае сложных реакции в замкнутой системе, проводить интегрирование системы, число уравнений в которой равно числу линейно независимых стадий q. [c.236]

Стационарный режим сложных реакций в открытой системе [c.237]

Как было показано в 3 гл. IV на примере реакции первого порядка, при протекании реакции в открытой системе через некоторое время устанавливается стационарный режим реакции, при котором концентрация компонентов в реакторе перестает изменяться. Установление стационарного режима имеет место и в случае сложных реакций. При этом система дифференциальных уравнений (У.109) превращается в систему алгебраических уравнений- относительно неизвестных величин [c.237]

Долгое время полагали, что для более сложных химических реакций, когда состояние системы описывается более чем двумя внутренними переменными, функцию, аналогичную кинетическому потенциалу, сконструировать вдали от равновесия уже невозможно. Однако недавно было найдено, что и в этом случае для открытой системы с химическими реакциями во многих случаях можно найти достаточно простой функционал, также достигающий своего минимума в стационарном состоянии, т.е. являющийся по определению функцией Ляпунова и играющий ту же роль, что и кинетический потенциал. Например, такой функционал легко находится для систем с произвольным набором химических превращений, которые линейны по промежуточным продуктам—ин- [c.359]

Проблема описания хода реакции в открытых системах даже при постоянной температуре чрезвычайно сложна. Здесь мы рассмотрим лишь простейший случай гомогенной реакции в так называемом реакторе идеального смешения. [c.266]

В основе процессов жизнедеятельности лежат различные сложные, сопряженные между собой, химические реакции, характеризующиеся строгой закономерностью сочетания и чередования. Эти реакции базируются на законах физики и химии, однако проявление их действия в живом организме имеет характерные отличия. С точки Зрения термодинамики живые организмы представляют с( й открытые системы, которые постоянно обмениваются с внеишей средой как веществом, так и энергией. В закрытых системах обмен ограничен энергией, а обмен веществом отсутсгаует. В изолированных системах обмен со внешней средой ни вэдеством, ни энергией ие происходит. Такие типы систем названы замкнутыми. [c.207]

Можно привести аргументы в пользу того, что биологическая система не только может, но и должна быть колебательной. Первый аргумент следует из всего изложенного в предыдущей главе. Сложная открытая система, включающая автокаталитические химические реакции, вдали от равновесия зачастую выходит на предельные циклы. Следовательно, автоколебания в такой системе весьма вероятны. Второй аргумент приведен Молчановым. Биологические системы являются результатом длительной эволюции. Устойчивые системы за время эволюции должны были уравновеситься, стать частью среды. Напротив, неустойчивые системы за это время распались. Следовательно, лишь системы, внутренние движения в которых имеют колебательную природу, могли сохраниться. [c.514]

По числу стадий химические реакции можно разделить на простые и сложные. Простые реакции обычно подразделяют на практически необратимые (односторонние) и обратимые (двусторонние). Последние, в свою очередь, можно разделить на реакции, которые могут проводиться как в закрытых, так и в частично открытых системах (например, за счет удаления одного из целевых продуктов из зоны реакции). Кроме того, простые реакции могут быть мономоле-кулярными и бимолекулярными, а также элементарными и неэлементарными. [c.91]

Целью кинетического исследования реакции, наряду с другими химическими и физико-химическими методами, является установление наиболее вероятного механизма протекания реакции и построение на этой основе адекватной математической модели реакции (реакционной системы). Помимо чисто теоретического значения, которое имеет изучение закономерностей протекания реакции, создание адекватной математической модели реакции является необходимым условием для успешного применения математических методов моделирования, оптимизации и масштабирования химических процессов, позволяюш,их в кратчайший срок от изучения реакции в лабораторных условиях переходить к ее промышленному внедрению [1]. К настоящему времени накоплен значительный опыт получения математических форм кинетических зависимостей для самых различных типов реакций. При этом внимание главным образом концентрировалось на выводе форм кинетических зависимостей, оставляя открытым вопрос получения оценок констант, входящих в эти зависимости (математические модели реакций). Это привело к определенному разрыву между способностью установить форму математической модели сложной химической реакции и реальной возможностью оценить константы этой модели. Практически в настоящее время известны методы нахождения оценок констант лишь для математических моделей следующих форм [2] [c.53]

Характерная особенность реакций в открытых системах — установление стационарных концентраций исходных веществ и продуктов реакции — позволяет предложить новый кинетический метод определения констант скорости образования и расходования промежуточных продуктов в сложных реакциях, идущих с участием свободных радикалов. Метод основан на изменении стационарной концентрации промежуточного продукта В, скорость [c.405]

Одной из наиболее характерных особенностей реакций в открытых системах является установление стационарных концентраций исходных веществ и продуктов реакции. В сложных реакциях, идущих с участием радикалов, для определения скоростей образования и расходования промежуточных продуктов не могут быть нспользованы простые уравнения для стационарных концентраций промежуточных продуктов при разных скоростях потока, так как [c.330]

Если выход продуктов одностадийных реакций как в за крытой, так и в открытых системах не связан со степенью превращения исходного вещества, то для сложных реакций связь выхода. промежуточного и конечного продуктов с а, отмечающаяся ранее при проведении их в закрытых системах, сохраняется и в открытых системах. [c.203]

Для сложных реакций неодинакового кинетического порядка, осуществляемых в открытых системах вытеснения, разница в числе исходных веществ и продуктов реакции существенно сказывается на выходе продуктов лишь при высокой степени превращения исходных веществ и в отсутствие инертных разбавителей (см. стр. 153). [c.203]

Термодинамические данные дают возможность судить лишь об отборе наиболее устойчивых соединений, входящих в состав литосферы и гидросферы. В той динамической и открытой системе, какую представляет собой Земля, и в особенности ее поверхность, множество факторов нарушали химические равновесия, создавали разности химических и иных потенциалов, повышали и понижали активационные барьеры реакций, определив в итоге необычайно сложную обстановку биохимического старта , т. е. начала развития самоорганизующихся структур. Таким фактором было прежде всего излучение. По Юри [4], даже такое прочное соединение, как метан, под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца способно переходить, теряя водород, в ненасыщенные соединения. Излучение сыграло важную роль в процессе генерации свободных радикалов. Длина волны 1233 А достаточна [5] для возбуждения реакций [c.43]

Следует отметить, что в основе данной математической модели лежит предположение, что на протяжении всего периода культивирования процессы метаболизма в клетке, как в открытой системе, находятся в стационарном состоянии (или близки к нему), для которого характерно равенство скоростей отдельных реакций. Это предположение в явном виде при анализе предполагаемого механизма роста популяции не сформулировано, но только оно дает основание рассматривать сложную цепь реакций биосинтеза как взаимодействие лишь двух обобщенных [c.113]

Изучение регуляции обмена показывает необходимость и целесообразность рассмотрения совокупности биохимических превращений в клетке как открытой системы, составленной из сложной сетки многоступенчатых процессов, связанных между собой и со средой благодаря обмену веществом и энергией. Для этого требуется знание характеристик частных ферментных реакций, концентраций субстратов и их продуктов в среде и клетке, промежуточных концентраций реагирующих веществ, кинетики отдельных ферментных систем и т. д. [c.244]

Недавно был предложен новый метод определения скоростей образования и расходования промежуточных продуктов в сложных химических процессах при проведении реакции в открытой системе [6]. В этом случае второе уравнение, необходимое для расчета скоростей, получают за счет проведения реакции с подачей в реакционный сосуд наряду с исходным веществом некоторого количества того промежуточного вещества, скорость образования и расходования которого необходимо измерить. [c.33]

Это положение, по-иидимому, является истинным только для относительно простых систем. В более сложных случаях система уравнений может иметь несколько имеющих физический смысл решений, т. е. несколько стационарных режимов, и в зависимости от начальных условий будет достигаться то или иное из возможных стационарных состояний. Так, в реакции ингибированного а-нафтолом окисления я-декана в открытой системе было установлено, что стационарные концентрации продукта реакции (гидроперекиси) и ингибитора зависят от начальной концентрации ингибитора в системе. [c.382]

Во-в 1 орых, ввиду все более и1ирокого использования открытых систем для изучения кинетики реакций, в частности для измерения скоростей процессов в реакторах идеального смешения по концентрации компоне тов в стационарном режиме, уже в гл. II вводится понятие открытой системы. Поэтому кинетические закономерности реакций в открытых системах рассматриваются параллельно с соответствующими закономерностями для реакций простых типов и сложных реакций в гл. IV и V нового издания, а не объединены в одну главу. [c.5]

Описанный прием может быть использован только в случае, когда изучаемое промежуточное соединение является продуктом взаимодействия по крайней мере двух реагентов, причем один из них непрерывно подается в реактор, т. е. фактически реакция проводится и открытой системе. Кроме того, предполагается, что образование и расход промежуточного соединения не связаны друг с другом, что не всегда 1мсст место для сложных реакций. [c.42]

Феноменологическая термодинамика необратимых процессов применима главным образом к анализу химических реакций или таких изменений в открытых системах, для которых можно использовать понятия макроскопической скорости реакции и химического потенциала. При этом вычисление диссипативных функций основано на уравнениях химической кинетики, которые позволяют производить совместный кинетико-термодинамический анализ динамической эволюции реакционноспособной системы через вычисление скоростей и движущих сил процессов. Однако большинство из сушествующих математических моделей многих каталитических, технологических и особенно биологических систем с использованием дифференциальных уравнений могут отразить лишь отдельные стороны исследуемых процессов, но не описывают сложные реакции в совокупности. Особенно это относится к физико-химическим явлениям, лежащим в основе важнейших биологических процессов роста, развития, адаптации к внешним воздействиям и эволюции живых структур. [c.394]

Концентрация промежуточного продукта в сложной реакции обычно проходит через максимум или достигает квазистационарного значения. Открыты, однако, системы, в которых кинетика промежуточных состояний имеет пульсирующий характер, их называют автоколебательными химическими реакциями. Одна из таких реакций — окисление броммалоновой кислоты броматом в водном растворе, катализированное ионами церия. Основные процессы, протекающие в такой [c.64]

К реакциям, исследованным методом проточной открытой системы, относятся гидролиз сложных эфиров [49], бромирова-ние ацетона [49] и иодирование 2,4-дихлорфенола [48]. Особенность этого метода в том, что он позволяет удобно исследовать промежуточные соединения реакции, например фиолетовый комплекс FeSaOg, образующийся при реакции ионов Fe(III) с ионами тиосульфата. [c.36]

Попытку построения кинетической модели растущей популяции микроорганизмов предпринял Пиррет [127]. Он также обратился к распределительной модели, в которой популяция отождествлена с открытой системой, где протекают различные реакции метаболизма. Автор сравнил поведение простой линейно открытой системы фиксированного объема, в которой протекают гомогенные мономолекулярные реакции, и открытой системы, где протекают разветвленные последовательные реакции. Было показано, что именно разветвленная кинетическая схема, включающая стадию автокатализа, способная к эндогенному расширению, достаточно строго может описать наблюдаемые феномены роста популяции микроорганизмов. В противоположность Хиншельвуду, связывающему механизм регуляции роста с сорбционными процессами насыщения активных поверхностей биологических структур, Пиррет роль регулятора процесса видит в стадии автокатализа. Вместе с тем сходство обоих кинетических подходов заключается в том, что в основу модели положено представление об экспоненциальном росте, регулируемом через сорбцию или автокатализ. При этом скорость увеличения объема (или массы) рассматривается в любом случае только пропорциональной самому объему (или массе). Б обоих случаях авторы не провели строгой количественной проверки предложенных ими схем, а ограничились хотя и корректным, но лишь качественным рассмотрением поведения системы и объяснением наблюдаемых феноменов. Что же касается строго математического описания системы, то они, естественно, не располагали достаточным фактическим материалом в отношении кинетических характеристик всех отдельных стадий цепи (или сетки) метаболитических реакций, без знания которых проведение расчетов бессмысленно. Однако в этих работах было показано, что использование приемов формальной химической кинетики сложных реакций вполне приемлемо при описании процесса роста популяции в целом. [c.94]

Несколько иначе дело обстоит с экстенсивными свойствами, входящими в факторы равновесия ... экстенсивные факторы состояния.. . обычно определяются начальным состоянием системы или сохраняют зависимость от него... [2, с.24]. При протекании в системе, например, квазистатического нонвариантного процесса начальное состояние системы меняется. Поскольку за начальное состояние можно принять любое из состояний, через которое идет процесс, то оказывается, что значение рассматриваемого экстенсивного свойства зависит от процесса, протекающего в системе. Действительно, нонвариантнкй процесс (изменения масс сосуществующих фаз) может протекать либо цри подведении (отведении)техь ла, либо при изменении объема, либо при сочетании обоих факторов. При этом фазовая реакция в каждом из этих случаев будет своя, и экстенсивные свойства будут изменяться по разному. Отметим, что в то время как поддержание постоянства объема или числа молей вещества для реализации не представляет большого труда, сохранение постоянства энтропии,особенно в открытых системах, довольно сложная задача. Неизменность определенного значения экстенсивной величины мохет быть достигнута условиями приготовления системы (помещением ее в оболочку с определенными свойствами). Независимое изменение экстенсивной величины системы можно представить, рассмотрев последовательную цепь подобных систем с постоянным, но различающимся в отдельных системах значением этой величины. [c.131]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология