Autokatalyysi
Autokatalyysi on kemiallisen reaktion katalyysi jollakin sen tuotteesta tai lähtöaineesta.
Autokatalyysi on ainutlaatuinen ilmiö, joka eroaa muista katalyysityypeistä: tiukasti ottaen se ei ole katalyysiä sanan täydessä merkityksessä, koska määritelmän mukaan katalyytin määrän ei pitäisi muuttua, vaan tuote (autokatalyytti) kerääntyy katalysaattoriin. järjestelmä.
Autokatalyysin peruskaaviolla on muoto:
A + P → 2P
Sitten eteenpäin suuntautuvan reaktion nopeus ilmaistaan seuraavasti:
![{\displaystyle r={\frac {d[P]}{dt}}=k[A][P]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f84eba68ccf1f334102c925b6a05872f0cdbe80e)
Missä r on reaktionopeus, [A], [P] ovat pitoisuudet, k on nopeusvakio.
Jos reaktio tapahtuu suljetussa järjestelmässä, pitoisuuksien A ja P summa milloin tahansa on vakio ja yhtä suuri kuin alkupitoisuuksien summa: [A] + [P] = [A] o + [P] o . Tätä suhdetta käyttämällä kirjoitamme kineettisen yhtälön uudelleen seuraavasti:
![{\displaystyle {\frac {d[P]}{dt}}=k([A]_{0}+[P]_{0}-[P])[P]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/394570bbd335c184ecbc4e2aced9f493be5e99b3)
Tällä yhtälöllä on tarkka ratkaisu. Etsitään se muuttujien erottelumenetelmällä:
, missä t - aika
![{\displaystyle [P]={\frac {[A]_{0}+[P]_{0}}{1+e^{-([A]_{0}+[P]_{0} )kt}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/be39ba18050ba6b34da4acdf81c838b19e59a00b)
Ratkaisu täyttää ehdot: [P](0) = [P] o ; [P](∞) = [A] o + [P] o . Liuoksen kuvaaja on sigmoidi, joka on merkki katalyyttisestä reaktiosta.
Aluksi reaktio on hidas, koska. tuotteen alkuperäinen määrä on pieni. Reaktion edetessä ja tuotteen P kerääntyessä reaktionopeus kasvaa, saavuttaa maksiminsa ja alkaa laskea A:n kulutuksen myötä.
Avoimessa järjestelmässä komponentin A pitoisuus voidaan pitää vakiona lisäämällä sitä reaktioväliaineeseen. Silloin [A] = [A] o , ja yhtälön ratkaisu on eksponentiaalinen funktio (t on aika):
![{\displaystyle [P]=[P]_{0}e^{[A]_{0}kt))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f4dbb864e717f8bbdccb456ea4962931d7ddbdd4)
Reaktionopeus ja pitoisuus P kasvavat niin kauan kuin reagenssi A tulee järjestelmään.
Yksi tunnetuimmista esimerkeistä autokatalyysistä on oksaalihapon hapetus permanganaatilla :
2MnO 4 − + 5C 2 O 4 2− + 16H + = 2Mn 2+ + 10CO 2 + 8H 2 OTätä reaktiota katalysoivat Mn2 + -ionit . Huoneenlämpötilassa tämä reaktio etenee aluksi hitaasti, mutta kun katalyyttituote kerääntyy liuokseen, se kiihtyy.
Autokatalyysillä on keskeinen rooli evoluutiokemiassa , koska sen omien tuotteiden katalysoima reaktio menee etusijalle ulkopuolelta katalyyttiä vastaanottaviin reaktioihin nähden (erityisesti ei-katalyyttisiin reaktioihin), mikä luo edellytykset luonnolliselle valinnalle . .
Katso myös
 Sanakirjat ja tietosanakirjat |
|
|---|