Особенности химических реакций, лимитируемых диффузией

Четыре особенности отличают ферменты от всех прочих катализаторов. Во-первых, эти биокатализаторы исключительно эффективны. Нри оптимальных условиях большинство ферментативных реакций протекает в 10 —10 раз быстрее, чем те же реакции в отсутствие ферментов. Число оборотов (т. е. число молекул субстрата, превращаемых за одну минуту, на одну молекулу фермента) для большинства ферментов равно приблизительно 1000, а в некоторых случаях может превышать 10 . Следует при этом иметь в виду, что скорость отдельных стадий ферментативных реакций лимитируется диффузией реагирующих веществ или, во всяком случае, зависит от нее. Таким образом, многие химические реакции, которые обычно протекают только при высоких температурах или только в сильно кислой или сильно щелочной среде, в присутствии соответствующих ферментов могут идти быстро и количественно при комнатной температуре и при значениях pH, близких к нейтральному. Во-вторых, для большинства ферментативных реакций характерна высокая специфичность как в отношении природы катализируемой реакции, так и в отношении структуры используемого субстрата. В-третьих, круг реакций, катализируемых ферментами, необычайно широк. Ферменты катализируют реакции гидролиза, поликонденсации, окисления — восстановления, дегидрирования, альдольно11 конденсации, реакции переноса различных групп, а также ряд других реакций. Мы можем, таким образом, сказать, что белки — катализаторы с исключительно широким спектром действия. Наконец, в-четвертых, активность самих ферментов в клетке строго регулируется. Скорость синтеза ферментов, а также их конечная концентрация находятся под генетическим контролем и регулируются с помощью малых молекул эти малые молекулы часто являются субстратами или продуктами реакций, катализируемых теми н е ферментами. Кроме того, ферменты могут существовать как в активной, так и в неактивной форме, причем скорость и степень их превращения в каждом конкретном случае зависит от свойств окружающей среды. Почти все биоло- [c.189]

Гетерогенные процессы, сопровождаемые химической реакцией, могут быть трех типов 1) когда реакция протекает на поверхности раздела фаз, этот тип характерен для процессов с участием твердой фазы Т — Ж Т—Г Г — Ж — Т и др. 2) когда реакции протекают в объеме одной из фаз после переноса в нее вещества из другой такие процессы наиболее распространены и могут идти с участием любых фаз в системах Г — Ж, Ж — Ж (несмешивающиеся), Т — Ж, Г — Ж—Т и др. 3) когда реакция происходит на поверхности вновь образующейся фазы этот тип возможен для процессов взаимодействия твердых фаз. Если гетерогенный процесс идет в кинетической области, то для первых двух указанных типов справедливы законы кинетики гомогенных процессов. При этом скорость процесса лимитируется скоростью химических реакций, описывается кинетическими уравнениями реакций, порядок которых зависит от числа и природы реагентов. Для кинетики гетерогенных процессов в диффузионной области характерны следующие особенности а) сравнительно малые величины условной энергии активации б) сравнительно малое влияние температуры на скорость процесса, что видно хотя бы из значений температурных коэффициентов диффузии, которые для жидкостей и газов колеблются в пределах 1,1—1,5 (если только повышение температуры не меняет фазового состояния реагентов) в) большое влияние турбулизации системы (перемещивания) на скорость процесса. [c.153]

Для химических процессов, протекающих в диффузионной области, скорость диффузии реагентов к зоне реакций является лимитирующей и зависит от скорости движения потоков и их физических свойств. Чтобы рассчитать такие процессы, следует пользоваться зависимостями, характеризующими диффузию, так как кинетика реакции в целом обусловливается скоростью диффузии. В диффузионной области скорость процесса сравнительно мало зависит от температуры и практически не зависит от конкретных особенностей химического механизма реакции. Скорости отдельных реакций отличаются лишь постольку, поскольку коэффициенты диффузии реагирующих веществ различны. Все реакции в диффузионной области имеют первый порядок по концентрации реагирующего вещества при постоянном общем давлении. Условия для возникновения диффузион-ной области создаются при высоких температурах, высоких давлениях и малых скоростях газового потока. [c.79]

Особенный интерес представляет поведение кривых при промежуточных значениях гг/гь Например, при Г2/Г1 = 10 и достижении некоторого значения Я1 Я1>5М) система ведет себя как система только с первой реакцией, и = 5. Однако дальнейшее увеличение приводит к тому, что скорость первой реакции становится настолько большой по сравнению со скоростью диффузии, что лимитирующей становится скорость второй реакции. Поэтому кривая приближается к нижней асимптотической кривой. Чем больше тем ярче выражен экстремум функции 7( 1) и тем при меньших значениях он проявляется. Экстремальный характер зависимости от является необычным и не найден для массопередачи с одной химической реакцией. [c.86]

В большинстве случаев энергия активации химических реакций существенно больше, чем процессов диффузии. Поэтому при низких температурах развитие процесса обычно лимитируется скоростью химического превращения. Отличительными особенностями гетерогенных процессов, протекающих в кинетической области, являются следующие [c.385]

Химическая реакция взаимодействия водорода с углеродом стали осложнена целым рядом физических процессов. Так, при обезуглероживании стали протекают как диффузионные процессы, так и химические. Однако, как было отмечено выше, скорость проникновения и насыщения стали водородом, т.е. диффузионные процессы, не определяют скорость обезуглероживания. Скорость диффузии углерода в зоне реакции (границы зерен металла) на первый взгляд, также могла бы быть лимитирующей стадией в процессе обезуглероживания стали, особенно в области сравнительно низких температур, когда коэффициент диффузии углерода имеет небольшие значения. Однако и это не согласуется с экспериментальными наблюдениями. [c.168]

Пятая область протекания реакции, свойственная жидкофазным или газо-жидкофазным процессам, может быть названа областью ограниченной растворимости. В этой области как меж-фазная диффузия, так и химическая реакция протекают достаточно быстро, но скорость процесса лимитируется малой растворимостью одного или нескольких реагентов в активной фазе. Особенности кинетики реакций в области ограниченной растворимости обсуждаются ниже. [c.217]

Общая скорость технологического процесса мол<ет лимитироваться скоростью одного М3 трех составляющих элементарных процессов, который протекает много медленнее других, но так, что скорости отдельных процессов соизмеримы. Если наиболее медленно идут химические реакции и они лимитируют общую скорость, то говорят, что процесс происходит в кинетической области в этом случае технологи стремятся усилить именно те факторы (концентрация исходных веществ, температура, применение катализаторов и пр.), которые влияют особенно на скорость реакции. Если общую скорость процесса лимитирует подвод реагентов в зону реакции или отвод продуктов, то говорят, что процесс происходит в диффузионной области, и стремятся увеличить скорость диффузии путем перемешивания (турбулизации реагирующей системы), повышения температуры и концентраций, перевода системы из многофазной в однофазную и т. д. Если скорости всех элементов, составляющих технологический процесс, соизмеримы (почти одинаковы), 10 необходимо воздействовать прежде всего такими факторами, которые наиболее сильно ускоряют как диффузию, так и реакции. [c.52]

Состав газовой смеси влияет на температурный режим и общую скорость процесса, особенно если лимитирует не диффузия, а химическая реакция между ЫНз и Ог. По уравнению реакции (а) на 1 моль ЫНз расходуется 1,25 моль Ог, однако при таком соотношении компонентов выход оксида азота (II) не превышает 65%, т. е. очень мал (рис. ПО). Для увеличения степени окисления аммиака на практике применяют соотношение О., ЫНз = 1,8—2,0, что соответствует содержанию аммиака в аммиачно-воздушной смеси [c.247]

Кинетика физической абсорбции изучена относительно хорошо. Во многих случаях, особенно при больших концентрациях извлекаемого компонента, скорость абсорбции лимитируется скоростью диффузии в жидкой фазе. При тонкой очистке, т. е. когда концентрация примеси мала, независимо от механизма абсорбции скорость ее лимитируется диффузией примеси в газовой фазе. В любом случае массообменная аппаратура процессов физической абсорбции, так же как и процессов хемосорбции, в которых скорость химической реакции велика, относительно легко поддается интенсификации. На выходе газа и жидкости из абсорберов и десорберов степень приближения к равновесию, как правило, достигает 70—80%. [c.31]

Рассмотрение различных аспектов твердофазных превращений будем проводить в следующей последовательности термодинамика процесса (как фактор, определяющий возможность его протекания) процессы зародышеобразования и роста кристаллов особенности протекания спинодального распада твердых растворов механизм твердофазных реакций, лимитируемых диффузией, и мартенситных превращений кинетические модели твердофазных процессов с разными лимитирующими стадиями методы активации твердых тел по отношению к химическим реакциям. Также будут рассмотрены особенности превращений в стеклообразных твердых телах. [c.175]

Клеткам присуща еще одна важная структурная особенность-все они относительно малы (иначе и не может быть). Обычно в лабораторных условиях химические реакции проводят в сосудах, объем которых составляет десятки миллилитров или даже литры. Содержимое таких реакционных сосудов должно постоянно тщательно перемешиваться, с тем чтобы скорость реакции не лимитировалась скоростью диффузии реагирующих молекул. В живых же клетках биохимические реакции протекают в компарт-ментах ( отсеках ) микроскопически малого объема. Например, объем клетки бактерии Es heri hia oli составляет всего лишь 2 10 миллилитра (мл). Для того чтобы ясно представить себе, какое [c.26]

В контакте с неподвижными агрессивными средами идут рассмотренные выше процессы диффузии и нередко именно ими определяется скорость разрушения покрытий в таком случае в скмом процессе взаимодействия лимитирующей стадией является не акт химической реакции контактирующих веществ, а скорость диффузии. Однако в большинстве случаев агрессивная среда (газообразная, жидкая, твердая) находится в движении. Тогда роль диффузии снижается или даже сводится к нулю и на первый план выступают собственный акт химического взаимодействия агрессивной среды с поверхностью покрытия и унос продуктов ре--акции движущейся средой (сочетание коррозии и эрозии). Такой вид разрушения происходит особенно быстро. [c.247]

Дефекты кристаллической структуры реа Ьентов типа дислокаций, микроискажений и свободных поверхностей вносят существенный вклад в твердофазное взаимодействие, особенно в высокодисперсных системах, обладающих достаточно большой реакционной зоной. Если благодаря использованию специальных методов гомогенизации (химической или механической) объем реакционной зоны становится соизмерим с объемом системы в целом, то диффузия не лимитирует скорости взаимодействия, т. е. дефекты практически не влияют на реакцию. При пониженных температурах роль диффузионных процессов в твердофазных реакциях также уменьшается (из-за конденсации вакансий и накопления дислокаций, образующихся в результате исчезновеБия точечных дефектов) и диффузионный механизм взаимодействия сменяется дислокационным механизмом массопереноса [97]. [c.133]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология