Тема: Кинетика химических и биохимических реакций. Химическое равновесие

Актуальность темы. Все процессы, которые происходят вокруг нас и внутри нас, идут с преобразованием энергии и, причем с разной скоростью. Так, процесс передачи нервного импульса совершается в сотые доли секунды, процессы усвоения пищи требуют нескольких часов, а процессы старения могут длиться десятилетия.

Большое практическое значение химической кинетики состоит в том, что она разрешает определять, возможен или невозможен тот или иной процесс, и в каких условиях он происходит. Практическое значение её очевидно, так как, только зная законы кинетики и механизм реакций можно управлять химическими процессами. От скорости химической реакции зависит выход продуктов, т.е. производительность труда и аппаратуры.

Положения химической кинетики, которая изучает скорости и механизмы реакций, с большим успехом применяются и для изучения биохимических процессов. Кинетика ферментативных процессов играет огромную роль во всех проявлениях жизни, где речь идет о живых существах и эти знание необходимы студентам для изучения следующих дисциплин: биохимии, нормальной и патологической физиологии, а также и фармакологии. Так, для повышения жизнедеятельности организма и улучшения обмена веществ создано много ферментных препаратов, используемых в качестве лекарственных средств. Широкое применение получили ферментные препараты при нарушениях функции желудочно-кишечного тракта, связанных с недостаточной выработкой пищеварительных ферментов (например, при некоторых формах гастрита применяются препараты пепсин или панкреатин).

Успешно применяются ферменты и в тех случаях, когда необходимо разрушить накопившиеся в большом количестве белковые образования (при ожогах, гнойных ранах, гнойно-воспалительных заболеваниях легких и т. д.). В этих случаях применяются протолитические ферменты, приводящие к быстрому гидролизу белков и способствующие рассасыванию гнойных скоплений. Для лечения ряда инфекционных заболеваний используются препараты лизоцима, которые разрушают оболочку некоторых болезнетворных бактерий. Очень важны ферменты, которые рассасывают тромбы (сгустки крови внутри кровеносных сосудов). Это плазмин, содержащийся в крови; ферменты поджелудочной железы — трипсин и химотрипсин. На их основе с разными добавками созданы лекарственные ферментные препараты — стрептокиназа, стрептаза и др., широко применяемые в медицине.

Цель темы: 1. Приобретение системных знаний об основных закономерностях протекания химических реакций, факторах, влияющих на скорость реакции и на химическое равновесие и умение применять эти знания к конкретным системам, встречающихся в биологических объектах. Овладение навыками выполнения кинетических расчетов для прогнозирования скорости биохимических процессов. 2.Экспериментальное изучение зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ на примере взаимодействия тиосульфата натрия с серной кислотой.

Исходный уровень. Студент должен знать из довузовского курса химии: «Скорость химических реакций, единицы измерения, константа скорости реакции. Факторы, влияющие на изменение скорости химической реакции: концентрация, температура, давление для газов, катализатор, правило Вант-Гоффа, энергия активации. Химическое равновесие, закон действующих масс, принцип Ле-Шателье» и из курса биологии: «Ферменты и их роль в жизнедеятельности клетки».

Основные учебно-целевые вопросы:

1. Основные понятия химической кинетики:

ž истинная и средняя скорость химической реакции и математическое выражение скорости реакции;

ž простые и сложные реакции (параллельные, последовательные, сопряженные, цепные);

ž гомогенные и гетерогенные реакции;

ž молекулярность и порядок реакции.

1.2. Зависимость скорости реакции от концентрации. Кинетические уравнения реакций нулевого, первого и второго порядков. Константа скорости реакции. Период полупревращения.

1.3. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. Уравнение Аррениуса. Энергии активации. Энергетический профиль реакции. Теория активных соударений и переходного состояния.

1.4. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль каталитической реакции. Ферментативный катализ в биологических системах. Уравнение Михаэлиса-Ментен.

1.5. Константа химического равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье.

Учебная карта темы.

1. Практическая часть:

1.1. Примеры решение ситуационных задач.

1.2. Вопросы и ситуационные задачи для закрепления материала.

1.3. Контрольные вопросы.

2. Экспериментальная часть (лабораторная работа).

3. Контроль усвоения темы (тесты текущего уровня).

Практическая часть

1.1.Ситуационные задачи (№№ с 1 по 7) с алгоритмами их решений, эталонами ответов и с комментариями.