Скорость химической реакции в открытой системе

Под скоростью реакции в открытой системе следует понимать изменение количества вещества в единицу времени в единице объема только за счет идущих в системе химических процессов (а не полное изменение количества вещества в единицу времени в единице объема). При таком определении скорость химической реакции в открытой системе является функцией концентрации реагентов, присутствующих в системе, причем вид функциональной зависимости аналогичен соответствующей зависимости в замкнутой системе. [c.378]

Открытие феномена биосинтеза простагландинов послужило толчком к исследованию ферментов, принимающих участие в этом процессе. Важнейший вывод из этих исследований синтез простагландинов из ненасыщенной жирной кислоты осуществляется двумя последовательно работающими ферментами, причем первый, лимитирующий скорость всего процесса, независимо от места локализации в организме катализирует по универсальному механизму одну и ту же химическую реакцию, продуктом которой является простагландин Н. Второй фермент синтеза имеет строгую специализацию в зависимости от органа или ткани, в которой он находится. Эта их органная специфичность обеспечивает выработку определенного простагландина в отдельных видах клеток и многообразие различных представителей класса простагландинов в организме в целом ( классические простагландины Е и f, например, в репродуктивной системе, простациклин и тромбоксан в системе крови, простагландин D в нервных тканях и т. д.). [c.206]

В открытых системах могут устанавливаться простые обратные связи в силу сопряжения констант скоростей химических реакций внутри системы, а также констант переноса и обмена субстратов и продуктов с внешней средой. Эти обратные связи устанавливаются при участии значительных количеств вещества и энергии. Управление же на основе информации характеризуется избирательным контролем при помощи очень малых масс или энергий, так что энергетическая характеристика регуляторного взаимодействия отступает на второй план. [c.244]

Если в системе возможно несколько простых реакций, то каждая из них, независимо от других реакций, будет протекать со скоростью, определяющейся своим дифференциальным уравнением и своей константой скорости. Если в системе протекает несколько химических реакций, в результате которых исчезает или появляется какой-то реагент, то общая скорость реакции по этому реагенту будет равна алгебраической сумме скоростей отдельных реакций. Это положение справедливо для процессов, протекающих как в открытых, так и в закрытых системах. Положение о независимости скоростей химических реакций дает возможность написать для сложного химического процесса систему дифференциальных уравнений, описывающих скорости каждой из возможных простых реакций. Так, например, в двусторонних реакциях [c.534]

Существенно, что стационарные концентрации не зависят от начальных концентраций веществ А и В в открытой системе, а определяются величиной константы скорости химической реакции, кон- [c.381]

В открытых системах окислительный потенциал наряду с термодинамическим значением приобретает роль кинетического фактора среды. К таким относятся системы, в которых протекают химические реакции, как правило необратимые, при непрерывном, поступлении исходных веществ и удалении продуктов реакции. Открытыми системами являются все биологические системы, в которых идет непрерывный обмен веществ, как-то бактериальные культуры, ткани животных и человека, в ряде случаев почвы и т. п. К ним относятся также многие промышленные среды при непрерывном ведении технологического процесса. В каталитических окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в открытых системах, максимальная скорость процесса связана с определенной величиной окислительного потенциала. В результате этого в среде на каком-то отрезке времени устанавливается стационарное состояние, характеризуемое определенной величиной потенциала. Изменение величины окислительного потенциала, например, в бактериальной культуре, может вызвать изменение направления биохимических процессов. Включение или выключение той или иной ферментативной системы вследствие изменения окислительного потенциала может привести к преимущественному протеканию какой-либо одной реакции из множества возможных параллельных реакций. Экспериментальные подтверждения этого положения приведены в 18. [c.45]

В открытой системе изменение количества вещества в единицу времени, т. е. производная п1(И, складывается из изменения его в результате химической реакции АПр и в результате массопередачи А м. Скоростью химической реакции по некоторому компоненту в гомо-фазной открытой системе называется изменение количества этого вещества в результате только химических превращений в единицу времени в единице объема реакционной смеси [c.40]

При каждой элементарной химической реакции в системе выполняется закон сохранения массы, хотя это может быть неочевидным после того, как концентрация каждого вещества, которая не зависит от времени, включена в выражение для константы скорости реакции. Однако полная масса смеси не обязательно будет постоянной, поскольку система является открытой и могут отсутствовать величины, сохраняющиеся в ходе реакции. Вектор й 6 определяет инвариантную линейную комбинацию концентраций, если [c.332]

К открытым системам неприменимо понятие скорости реакции, выведенное во второй главе. Это связано с тем, что к изменению количества вещества в открытой системе приводят не только химические процессы, но и процессы материального обмена с окружающей средой. Под скоростью реакции в открытой системе следует понимать изменение количества вещества в единицу времени в единице объема только за счет идущих в систе.ме химических процессов (а не полное изменение количества вещества в единицу времени в единице объема). При таком определении скорости химической реакции в открытой системе она является функцией концентрации реагентов, присутствующих в системе, причем вид функциональной зависимости не изменяется по сравнению с замкнутой системой. Однако в отличие от замкнутых систем для определения скорости недостаточно знать закон изменения концентрации какого-либо вещества в системе и закон изменения объема открытой системы во времени. В частности, при постоянном объеме открытой системы скорость реакции по какому-либо из реагентов не может быть определена непосредственно графическим дифференцированием кинетической кривой этого реагента. [c.364]

К открытым системам неприменимо понятие скорости реакции, выведенное гл. П. Это связано с тем, что к изменению количества вещества в открытой системе приводят не только химические процессы, но и процессы материального обмена со средой. [c.378]

В открытой системе концентрация вещества изменяется н вследствие химической реакции, и вследствие массопереноса (поступления в реактор новых количеств вещества). Если реактор — реактор идеального смешения (см. гл. IV) и в нем установился стационарный режим, т. е. сравнялись скорости подачи вещества и его химического превращения, то в этом случае [c.14]

Однако в отличие от закрытых систем для определения скорости реакций в открытой системе недостаточно знать характеристики изменения объема открытой системы во времени и концентрации вещества в системе. В частности, при постоянном объеме открытой системы скорость реакции не может быть определена непосредственно графическим дифференцированием кинетической кривой накопления данного реагента. В отличие от закрытых систем, в которых число линейно независимых дифференциальных уравнений равно числу линейно независимых химических реакций, для открытых систем все дифференциальные уравнения линейно независимы. [c.138]

Обычно скорость химического процесса во времени изменяется плавно уменьшается по мере расходования реагентов или нарастает и проходит через максимум в автокаталитических процессах. В соответствии с этим плавно меняется и концентрация продуктов реакции во времени, кинетические кривые если и имеют, то только один максимум или минимум. Однако открыты такие системы, в которых концентрация промежуточных продуктов осциллирует, т. е. периодически проходит через максимум и минимум. Амплитуда колебаний концентрации продукта может уменьшаться, нарастать или длительное время оставаться постоянной. Впервые такой режим наблюдался при [c.526]

Рассмотренные ранее закономерности открытой реакционной системы полного смешения показывают, что в результате разбавления исходного вещества продуктами его превращения величина движущей силы химического процесса уменьшается, вследствие чего для открытых систем полного смешения характерна меньшая (по сравнению с закрытой системой или открытой системой полного вытеснения) скорость реакции по исходному веществу. [c.183]

С какими же обобщенными потоками и обобщенными силами приходится иметь дело в случае биологических открытых систем — клеток и организмов Мы рассматриваем эти системы как химические, находящиеся при постоянной температуре. В них протекают химические реакции и происходит транспорт вещества. Для химической реакции роль потока играет скорость реакции V, т. е. производная координаты реакции по времени [c.309]

Первый случай возможен только в открытых системах, куда исходное вещество доставляется потоком. Предел нарастанию амплитуды кладется здесь тривиальным обстоятельством конеч-ной концентрацией исходного вещества. Период колебаний столь же тривиальным образом связан со временем накопления исходного вещества в реакционном сосуде, т. е. обратно пропорционален скорости потока. Колебания такого характера мы называем тривиально-релаксационными . Они возможны во всякой открытой системе при наличии критических условий. Так, если существует нижний предел воспламенения по концентрации, то напуск смеси в реакционный сосуд приведет к вспышке по достижении критической концентрации. Если после этого реакция завершается достаточно быстро, то дальнейшее поступление исходных веществ в сосуд может повести к серии последовательных вспышек. Подобные явления многократно наблюдались на опыте (ссылки см. в [5]) при окислении паров фосфора и других аналогичных процессах. Они совершенно подобны колебаниям опрокидывающегося сосуда. Важно заметить, что все характеристики колебательного процесса не зависят здесь от кинетики реакций. Амплитуда автоколебаний отвечает просто переходу от критической концентрации к полному выгоранию, а частота пропорциональна скорости подачи и определяется временем накопления критической концентрации в сосуде. Процесс может быть полностью описан, если ввести чисто феноменологически критическое условие. Никакой дополнительной информации о кинетике и механизме химических процессов тривиально-релаксационные колебания дать не могут. [c.438]

Обсужденными выше двумя реакциями исчерпываются, к сожалению, знания детальных механизмов сложных химических реакций. Как было показано выше, в этих системах на сегодняшний день идентифицированы почти все носители цепи и в большинстве случаев определены константы скорости их элементарных реакций с исходными веществами. За истекшие 40 лет было открыто большое число реакций, протекающих по цепному разветвленному механизму. Однако до сих пор за неимением соответствующих инструментов, как правило, в этих системах еще не идентифицированы основные носители цепей и не изучены их реакции с другими молекулами. Без этих сведений, очевидно, не может быть построена ни одна схема, претендующая на достоверность. [c.205]

Вообще говоря, неравновесность в химических процессах возникает всегда в открытых системах и практически во всех случаях, когда, кроме чисто термического возбуждения, имеет место воздействие физических полей (внешних и внутренних) на скорость и характерные особенности (селективность ) химических реакций. [c.35]

В биологических процессах, которые всегда протекают на основе химических реакций, скорость производства энтропии, т. е. скорость разрушения структурности в ходе необратимых процессов, определяется через химические сродства реагирующих веществ и скорости химических реакций (Донде, 1936). Вблизи состояния термодинамического равновесия в открытой системе имеет место линейная зависимость между скоростью и химическим сродством реакции. В живой системе как открытой системе вблизи состояния равновесия скорость производства энтропии должна быть положительной величиной, пропорциональной химическому сродству. [c.144]

В открытой системе изменение количества вещества Х в еди-т пцу вре.меии, т. е. производная <1п /(И, складывается из изменения ею в результате реакции ( )р и в результате массопередачи, т, е. поступления вещества извне и увода его из системы. Мерой массопередачи может служить величина (Л/ г)м, равная изменению числа молей вещества в единицу времени в результате массопередачи. Следовательно, скорость химической реакции в открытой системе запишется в виде [c.57]

Прогресс в развитии различных областей естествознания всегда в значительной степени зависит от уровня экспериментальной техники. Очень ярко эту связь можно проследить и на примере химической кинетики. Менее ста лет назад проф. Н. А. Меншут-кин смог сделать свои замечательные открытия по влиянию среды на скорость химических превращений, а также но установлению связи между скоростью химической реакции и строением реагирующих веществ, используя значения часовых скоростей , устанавливаемых методами простого химического анализа. Полвека назад прогресс химической кинетики газовых реакций был связан с широким применением вакуумной манометрической техники, хотя разрежение, достигаемое при помощи простейших фор-вакуумных насосов, было незначительным, а манометрическая техника ограничивалась чаще всего применением и-образпого ртутного манометра. Качественно иной уровень приобрели кинетические исследования после появления в арсенале химической кинетики современной вакуумной и манометрической техники. Однако вскоре химиков перестало удовлетворять простое феноменологическое описание закономерностей развития химических реакций во времени, основанное на построении кинетических кривых, описывающих изменение тех или иных свойств системы. Феноменологическая кинетика дала много, но вместе с тем не ставила практически никаких пределов для построения гипотетических механизмов химических реакций различных классов, вместо того чтобы достоверно решать задачу обнаружения и идентификации конкретных участников сложного химического процесса — молекул, атомов, радикалов, ионов, комплексов, возбужденных частиц. [c.5]

Наконец, в закрытой системе с течением времени установится равновесие и если систему вывести из него (например, добавив один из компонентов реакционной смеси) система будет релакси-ровать к равновесию за счет протекания химических реакций в требуемом направлении. Аналогично ведет себя открытая система, но она релаксирует к стационарному состоянию. Времена релаксации, т. е. времена установления стационарного состояния зависят от скоростей химических реакций и от способа проведения процесса (свойств системы). Так, времена релаксации при проведении реакции в режиме идеального смешения гораздо больше, чем в режиме идеального вытеснения. Это значит, что реактор идеального смешения значительно более инерционен, чем реактор идеального вытеснения, так что при изменении, например, состава газового потока новое стационарное состояние будет устанавливаться в течение существенно больших времен. [c.256]

При проведении реакции в открытой системе концентарция вещества изменяется как вследствие химической реакции, так и вследствие поступления в реактор реагентов и удаления продуктов. В реакторе идеального смещения в стационарном режиме работы скорость реакции равна [c.35]

Существенно, что стационарные концентрации не зависят от начальных концентраций веществ Л и Б в открытой системе, а определяются только величинами константы скорости химической реакции, концентрациями Сд и Св веществ Л и Б в экружающей среде и параметрами и характеризующими интенсивность материального обмена открытой системы со средой. [c.367]

Определение 1юнятия скорости химической реакции, применимое в том числе и к открытым системам, можно дать для простой (элементарной) реакции. Скоростью химической реакции называется число элементарных актов, которые реализуются в единицу [c.72]

Переход к плазмохимической технологии означает переход к более высоким уровням температур, а следовательно, более высоким скоростям химических реакций. При этом во многих случаях скорости химических превращений сравниваются со скоростями переходов между уровнями и даже превышают их. Это приводит к нарушению равновесных распределений частиц по уровням, соответствующим различным внутренним степеням свободы, и по скоростям. Кроме того, плазмохимические системы, реализуемые в лабораторных и технологических установках, являются открытыми в термодинамическом смысле. В них происходит интенсивный тепло- и массообмен с окружающей средой и энергообмен с внешними цолями (электрическим, полем излучения и т. д.), что приводит к созданию физической неравновес-ности — градиентов температур, отличию поступательных температур различных частиц, нарушению максвелл-больцмановских распределений по скоростям и уровням внутренних степеней свободы. Например, в плазме электрических разрядов при по- [c.5]

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]

В заключение определим скорость реакции для открытой системы, в которой химический состав изменяется как за счет химического превращения, так и за счет переноса веществ. Для простоты ограничимся случаем, когда выравнивание концентраций всех компонентов в результате перемешивания осуществляется значительно быстрее, чем протекание химической реакции. При этом условии количество -го вещества, образующегося в единицу времени в химической реакции, равно произведению скорости реакции на объем системы, умноженному на стехиометрический коэффициент этого вещества, т. е. УivV. Если в такую систему (например, проточный химический реактор) с постоянной объемной скоростью и (м /с) вводится исходная смесь веществ с определенными концентрациями реагирующих компонентов С ° (моль/м ) и с такой же скоростью из нее выводится конечная смесь веществ, то концентрации компонентов Сг ЭТОЙ смеси можно найти из условия материального баланса [c.199]

Понятие многофакторность введено в описание химических процессов относительно недавно специалистами в области математического планирования эксперимента [4]. Можно отметить, что этот шаг был очень удачным, та как он позволил по числу учитываемых и неучитываемых факторов, обусловливающих направление и скорость химического процесса, количественно оценивать степень адекватности описания кинетической системы. Это понятие представляет интерес и в методологическом аспекте, ибо с его помощью можно рельефнее отобразить эволюцию познания кинстически.к систем, начиная с ранних периодов их изучения, когда в поле зрения исследователей попадали лишь один-два фактора (чаще всего структура реагента и температура реакции), и до настоящего времени, когда открыты десятки кинетических факторов [c.111]

Кинетическое уравнение химического процесса не зависит от того, проводится реакция в открытой или замкнутой системе. Однако в открытой системе производная от концентрации по времени уже не является скоростью реакции, а соотношения (11.10) не могут быть использованы для установления связи между концентрациями ко.чпонентов реакционной смеси. Последнее, конечно, не означает, что концентрации компонентов реакционной смеси не зависят друг от друга. Для реактора объемом V, из которого отбирается реакционная смесь с объемной скоростью и, изменение концентрации какого-либо реагента в реакторе описывается дифференциальным уравнением [c.213]

А] и [В] достигают предельных постоянных значений. Это означает, что сумма скоростей расходования А за счет химической реакции и увода А вместе с реакционной смесью из реактора уравнивается со скоростью его поступления в реактор. Аналогично для В установление постоянной концентрации означает, что скорость его накопления в результате образования из А уравнивается со скоростью его увода из реактора. Такой режим получил название стационарного режима. Концентрации компонентов в стационарном режиме называются стационарными концентрациями и в дальнейшем обозначаются индексом ст . Установление стационарного режима является важнейгией особенностью процессов, протекающих в открытых системах при постоянной скорости массопередачи. [c.215]

Химические реакции в живых системах протекают с высокой скоростью, благодаря наличию катализаторов белковой природы — ферментов или энзимов. Ферменты были открыты в процессе изучения механизмов брожения, этим и объясняется происхождение их названия (от лат. fermentum — закваска, enzyme — в дрожжах). Представление о том, что в живых системах химические реакции протекают при помощи каких-то факторов, возникло более 200 лет назад. В начале XIX в. господствовало мнение о наличии жизненных сил , управляющих процессами жизнедеятельности. Более четкие и однозначные химические представления сформировались в связи с развитием теории химического катализа, вьвдвинутой шведским химиком Й. Я. Берцелиусом, который первым отметил высокую производительность биологических катализаторов на примере диастазы. [c.59]

Повышение температуры ускоряет ряд нежелательных побочных реакций, приводяших к исчезновению концевых функциональных групп или изменению их химической природы и, следовательно, к прекрашению роста полимерной цепи. К подобным реакциям относятся декарбоксилирование, окисление аминогрупп, отшепление аммиака или воды и т. д. Такие процессы могут играть решающую роль при поликонденсации, аналогичную той, которую играет реакция обрыва во время цепной полимеризации скорость их зависит также от природы мономера и от того, находится ли функциональная группа в мономерной или полимерной молекуле. Например,, низшие члены гомологического ряда двухосновных кислот декар-боксилируются легче высших, а кислоты с нечетным атомом углерода декарбоксилируются при более низких температурах, чем ближайшие гомологи с четным числом атомов углерода. Вместе с тем увеличение температуры играет и положительную роль, так как оно не только ускоряет реакцию в целом, но и благоприятствует удалению из реакционной среды низкомолекулярных продуктов поликонденсации, смешая тем самым равновесие в сторону образования высокомолекулярных веществ (при условии, что реакция проводится в открытой системе в случае закрытых систем получаются только низкомолекулярные полимеры). [c.61]

Характерная особенность минералообразования на фильтрационных геохимических барьерах — устойчивость (против различного рода возмущений в потоке) концентрационных динамических фронтов компонентов, имеющая кинетическую природу. В рассмотренных выше случаях р<С и устойчивость процесса есть следствие существования стационарных концентрационных фронтов компонента (Ме) и кислоты соответственно. Когда на фронте движущегося вещества наблюдается возмущение (из-за неравномерности пористости, проницаемости.и др.), то оно не развивается, а, наоборот, подавляется. Так, если вещество в определенной части системы начинает перемещаться с большей скоростью, то концентрация раствора здесь возрастает. Это увеличивает скорость реакции с участием растворенного вещества [см. уравнения (4.59) и (4.78)], вследствие чего скорость движения вещества замедляется и оно перемещается усредненно со скоростью фронта. Саморегулирование химических реакций в открытых системах за счет обратной связи, при котором возможные отклонения в протекании реакций от стационарного состояния вызывают изменения в условиях протекания реакций, компенси- [c.78]

Большой и яркий материал в этом отношении представляют биологические системы (см. работу Хирона [50]). Пригожин [49] провел анализ и сопоставление феноменологических уравнений для случая классически простой системы, которая может рассматриваться как модель живой клетки. Он показал, что в этой системе может устанавливаться стационарное неравновесное распределение веш ества, кото-рое определяется скоростью метаболической реакции внутри клетки. (В более обш ей форме этот вопрос рассмотрен недавно Барановским и Попплавским [51],) Пригожин рассматривает открытую систему, в которую из окружающей среды поступает компонент М. В системе он превращается в компонент который затем возвращается в окружающую среду. В систему поступает также компонент О, не участвующий ни в одной химической реакции он только связан с потоком компонента М за счет сил трения. ] 1ы не будем здесь повторять хода рассуждений Приго-жина, так как для разъяснения сути явления достаточно только исследовать функцию рассеяния для изотермических условий В нашем случае эту функцию можно представить в следующем виде [c.471]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология