2012年6月29日 星期五

加熱讓反應能跨越活化能障壁 Heating Can Overcome Activation-Energy Barriers

探索生命《生物學》20
1.     在實驗室,加速化學反應跨越活化能的標準做法是加熱。溫度愈高,分子的動能愈強,分子彼此的碰撞愈多,也愈容易累積除夠的能量跨越活化能門檻。這就是為什麼加熱對加速化學反應這麼有效。

Johann Sebastian Bach Violin Partita No 3 BWV 1006 - Gidon Kremer Violin

2.     日常生活中我們常常用用加熱的方法來加速化學反應,舉例來說,例如我們會用點火器或其他高熱的物體來點燃紙或木頭、瓦斯……,讓它們燃燒。一旦我們點燃那些燃料,它們就會繼續燃燒下去,因為第一批起反應的分子所釋放的熱能,可供其他分子起反應必須跨越的活化能,並且繼續放熱還啟動其他分子進行反應……這樣不停連鎖反應下去。
增加反應物的濃度能加速反應速率 Increasing the Concentration of the Reactants Can Accelerate the Reaction Rate
3.     任何能夠增加分子間碰撞機率的因素都能增加反應速率。增加碰撞機率其中一個辦法是增加反應物濃度:每單位體積的分子數量愈多,每單位時間的碰撞次數就愈多。換句話說,如果其他所有的條件都是恆定的,反應物濃度愈高,反應速率愈快
4.     雖然反應物濃度改變,對有機體體內反應的速率扮演十分重要的角色,它們無法解釋絕大多數極度快速進行的生化反應,生物體內有許多反應進行的速率超快,不可能光靠增加濃度來達成,當然也不可能靠點火器加熱來跨越活化能。
5.     要維持生命必須快速進行生化反應,因此必須用其他方法來調控化學反應,有些情況是化學反應需要降低活化能門檻,有些情況是選擇性地調降某些化學反應的活化能門檻,並同時提高某些化學反應的活化能門檻。這是怎麼做到的呢?
催化劑可加速化學反應 Catalysts Speed Up Chemical Reaction
6.     如同先前提到的例子,氫氣與氧氣的混合物不會自發性地反應,但是如果有辦法提供反應一開始所需的活化能,例如一點小小的火花,氫氣與氧氣的混合物就會爆炸,並且反應形成水。如果有辦法提供一定份量磨細的鉑粉,氫氣跟氧氣也同樣會發生爆炸性的反應,反應完成之後,鉑仍保持原狀,沒有任何化學改變
7.     如果有物質像一樣能夠加速反應的進行,但是當整個反應完成後,自己沒有任何的改變,這種物質稱為催化劑catalyst
8.     催化劑會影響反應的速率:催化劑只會加速反應的進行,讓反應變得比較容易進行。催化劑不會改變反應的方向,或反應過程的能量變化,但是催化劑確實降低了啟動反應必須跨越的活化能障壁,因此增加能夠啟動反應的反應物的比例。
9.     在中間產物階段,催化劑與反應物結合,二種化合物彼此密合得剛剛好,強化中間產物某些至關重要的化學鍵,有利於形成產物。因此有了中間產物,啟動化學反應的能量就變少了,使反應進行的條件更為有利。
n    翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology ;圖片來源/Academygenbioii.pbworks.com

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