لإبطاء سرعة التفاعل الكيميائي يجب إضافة، نرحب بكم طلابنا الأعزاء في موقعكم أون تايم نيوز، والذي يضم نخبة من الأساتذة والمعلمين لكافة المراحل الدراسية.
حيث نعمل معا كوحدة واحدة ونبذل قصارى جهدنا لنضع بين أيديكم حلول نموذجية لكل ما يعترضكم من أسئلة لنساعدكم على التفوق والنجاح.
التفاعلات الكيميائية هي عبارة عن تكسير روابط كيميائية، في المواد المتفاعلة، لإنتاج روابط جديدة، في المواد الناتجة، ما يؤدي إلى تكوين مواد جديدة مختلفة، في صفاتها الكيميائية والفيزيائية معًا.
التفاعلات الكيميائية تشمل تغير ترتيب الذرات في الجزيئات الكيميائية، و في مثل هذا التفاعل نشهد اتحاد بعض الجزيئات بطرق أخرى لتكوين شكل من مركب أكبر أو أعقد، أو تفكك المركبات لتكوين جزيئات أصغر، أو إعادة ترتيب الذرات في المركب. والتفاعلات الكيميائية تشمل عادة تكسر أو تكوين روابط كيميائية.
التفاعلات الكيميائية تلعب دورا كبيرا في أيض الكائنات الحية وفي التمثيل الضوئي للنباتات التي تمدنا بالغذاء والأكسجين. و التنفس هو أيضا تفاعلات كيميائية . و الاحتراق تفاعل كيميائي، بما فيه من تفاعلات أكسدة تتم في محرك الاحتراق الداخلي الذي يسيّر السيارات.
- تفاعلات أكسدة-اختزال
- تفاعل الاحتراق.
أنماط التفاعلات
يمكن تصنيف التفاعلات الكيميائية بطرق مختلفة، تعتمد على ناحية معينة من نواحي التفاعل، يتم التقسيم على أساسها، أو على أساس الفرع الكيميائي الذي تندرج ضمنه. بعض الأمثلة للمصطلحات المستخدمة، لوصف الأنواع الشائعة من التفاعلات :
- تزامر Isomerisation، وفيه يخضع المركب الكيميائي لإعادة ترتيب بنيته بدون تغيير في تركيبه الكيميائي، أي أن جزيء المادة يغير شكله فقط (انظر تزامر فراغي) stereoisomerism.
- اتحاد مباشر Combination reaction أو اصطناع وفيه يتم اندماج مركبين كيميائين أو أكثر ليشكلا مركبا كيميائيا واحدا معقدا.
-
- (2H2 (gas) + O2 (gas) → 2H2O (liq
في هذا التفاعل يتفاعل الهيدروجين والأكسجين فينتجا ماء. هذا التفاعل يكون شديداً إذا كانت نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين 1:2 على التوالي، ويسمى ذلك المخلوط مخلوط انفجاري ويكون مصحوبا بنشر حرارة كبيرة (تفاعل ناشر للحرارة). في نفس الوقت يسمى هذا النوع من التفاعل تفاعل غير عكوس لأنه يسير في اتجاه واحد فقط من اليسار إلى اليمين.
- تحلل كيميائي : أو تحليل : وفيه يتم تفكيك المركب الكيميائي إلى مركبات أصغر أو تفكيكه إلى العناصر المكون منها، لنفترض هنا حالة تحليل الماء :
-
- (2H2O (liquid) → 2H2 (gas) + O2(gas
رأينا أعلاه أن تفاعل الأكسجين والهيدروجين يكون عادة تفاعل غير عكوسي ويسير من اليسار إلى اليمين ويكون مصحوبا بنشر حرارة كبيرة نظرا لأنه تفاعل ناشر للحرارة. ولكن يمكننا أن نسيّر التفاعل في الاتجاه العكسي كما نرى في حالتنا هنا وهو تحلل الماء إلى عنصريه الأكسجين والهيدروجين ، ويمكننا ذلك عن طريق إجراء شغل من الخارج بواسطة مصدر كهربائي. تمد الطاقة الكهربائية الماء بكمية الطاقة المعادلة لما ينتجه تفاعل الأكسجين والهيدروجين أثناء اتحادهما لإنتاج الماء، بذلك نتغلب على تماسك الماء ونُسيّر التفاعل في الاتجاه العكسي. في مثل تلك التفاعلات لا بد من إمداد النظام بطاقة أو حرارة من الخارج لكي يسير تفاعل في اتجاهه العكسي (طبقا لالقانون الثاني للديناميكا الحرارية).
- تفاعل استبدال أحادي Single displacement reaction : وفيه يتم استبدال عنصر من مركب كيميائي بعنصر آخر أكثر فاعلية كيميائية:
-
- (2Na(cr) + 2HCl (aq) → 2NaCl (aq) + H2 (gas
في هذا التفاعل ينفاعل الصوديوم (مادة صلبة) مع حمض الهيدروكلوريك (سائل) وينتج كلوريد الصوديوم ويتحرر غاز الهيدروجين. هذا التفاعل غير عكوسي بسبب انفصال غاز الهيدروجين بمجرد تكونه ويترك المحلول.
- تفاعل استبدال ثنائي Double displacement reaction أو استبدال مقترن coupling substitution، وفيه يقوم مركبين كيميائيين في محلول مائي (عادة يكونان بشكل شاردي) بتبادل عناصر أو أيونات من مركبات مختلفة:
-
- (NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → NaNO3 (aq) + AgCl (s
في هذا التفاعل يستبدل الصوديوم ذرة الكلور بجزيء النترات NO3 ويصبح "ملح" نترات الصوديوم ، وفي نفس الوقت يتحد أيون الفضة مع أيون الكلور ليكون "ملح " كلوريد الفضة ".
- احتراق Combustion : وفيه تقوم مادة قابلة للاحتراق بالاتحاد مع عنصر مؤكسِد لينتجا حرارة ومركب مُؤكْسَد :
-
- C10H8 (g) + 12O2 (g) → 10CO2 (g) + 4H2O (l)
و تفاعل الاحتراق معهود لنا فنحن نعرف احتراق الخشب في الهواء أو احتراق الغاز الطبيعي ، وفيهما يتحد الكربون مع الأكسجين فينتجا حرارة وثاني أكسيد الكربون.
بعض فروع الكيمياء تعتبر أي تغيرات ضئيلة في التشكيل الكيميائيchemical conformation بمثابة نوع من أنواع التفاعل، في حين يعتبره آخرون مجرد تغير فيزيائي.
تصنيفات أخرى للتفاعل الكيميائي :
- تفاعلات عضوية
- تفاعل شاردي (أيوني)
- تفاعل جذري (جذور كيميائية)
- تفاعل الكربين
يمكن تصنيف التفاعلات أيضا حسب اتجاه سير التفاعل:
- تفاعلات تامة (أي تتحول جميع المتفاعلات إلى نواتج بعد زمن معين طال أو قصر)
- تفاعلات انعكاسية (لا تتم حتى نهايتها، ويتواجد جزء من المتفاعلات إلى جانب النواتج في اناء التفاعل مهما طال الوقت)
تقسيم التفاعلات الكيميائية حسب سرعتها
- تفاعلات تتم في وقت قصير جدا، تفاعل انفجاري، مثل : انفجار البارود، وانفجار مخلوط الهيدروجين والأكسجين..
- تفاعلات ذات معدل بطيء نسبيا مثل : تفاعل الزيوت مع الصودا الكاوية.
- تفاعلات بطيئة جدا تحتاج لعدة شهور مثل: تفاعل الهواء مع الحديد لتكوين صدأ الحديد
- تفاعلات بطيئة جدا جدا تحتاج لآلاف أو ملايين السنين مثل : تكوين النفط في باطن الارض
لإبطاء سرعة التفاعل الكيميائي يجب إضافة
لإبطاء سرعة التفاعل الكيميائي يجب إضافة مثبطات التفاعل هي مواد تقلل من معدل التفاعل الكيميائي أو تمنعه. في المقابل، محفزات التفاعل هي المواد التي تزيد من معدل التفاعل الكيميائي.
أمثلة
- يعمل الأسيتانيليد المضاف على إبطاء تحلل محلول بيروكسيد الهيدروجين في مخزن الأدوية مما يثبط التفاعل.
H2O2 → 2 H2O + O2 ، الذي يتم تحفيزه بالحرارة والضوء والشوائب.
تثبيط المحفز
يمكن للمثبط أن يقلل من فعالية المحفز في تفاعل مُحفّز (إما من قبل محفز غير بيولوجي أو من قبل إنزيم). على سبيل المثال، إذا كان المركب مشابهًا جدًا لـ (أحد) المواد المتفاعلة (ركيزة) بحيث يمكنه الارتباط بالموقع النشط للمحفز ولكنه لا يخضع للتفاعل، فإن جزيء المحفز هذا لا يمكنه أداء وظيفته لأن الموقع النشط مشغول. عندما يتم اطلاق المثبط، يكون المحفز متاحًا مرة أخرى للتفاعل.
في حالة الإنزيمات، المثبط هو أي عامل يتدخل في نشاط الإنزيم ويقلله أو يوقفه. قد تؤثر المثبطات على ارتباط الإنزيم بالركيزة، أو التحفيز (عن طريق تعديل الموقع النشط للإنزيم)، أو كليهما. يستخدم الباحثون مثبطات الإنزيم لتحديد مسارات التمثيل الغذائي وفهم آليات تفاعل الإنزيم. تم تصميم العديد من الأدوية كمثبطات للإنزيمات المستهدفة. التثبيط هو أيضا ظاهرة طبيعية. تنظم الخلايا مسارات التمثيل الغذائي عن طريق تثبيط محدد لبعض الانزيمات الرئيسية.
تنقسم مثبطات الإنزيم إلى فئتين، المثبطات القابلة للعكس والغير قابلة للعكس.المثبطات الغير قابلة للعكس تقوم بتدمير أو تعديل الإنزيم بشكل دائم. في المقابل، تشكل المثبطات القابلة للعكس معقدًا مع الإنزيم الذي يمكن أن ينفصل ويطلق الإنزيم النشط. على سبيل المثال، يمكن أن يرتبط الإنزيم E إما بالركيزة S، لتكوين مركب ES (الذي يمكن أن ينتقل إلى المنتجات) أو بمثبط I ، لتشكيل المعقد EI.
هناك نوعان رئيسيان من المثبطات القابلة للعكس، تنافسية وغير تنافسية. يمكن عكس التثبيط التنافسي عن طريق زيادة تركيز الركيزة، في حين لا يمكن عكس التثبيط غير التنافسي بإضافة المزيد من الركيزة.
الفاعلية
يمكن تصنيف المثبطات كمثبطات تمنع الأيض بشكل متوقع عبر مسار أيضي معين وتستخدم هذه الإنزيمات بشكل شائع في دراسات التداخل الدوائي السريري المحتملة.
يمكن تصنيف مثبطات CYP حسب فاعليتها، على سبيل المثال:
- المثبط القوي هو الذي يسبب زيادة 5 أضعاف على الأقل في قيم AUC في البلازما، أو انخفاض بنسبة 80٪ في تصفية الركائز (أكثر من 1.8 مرة أبطأ من معدل التصفية المعتادة).
- المثبط المعتدل هو الذي يسبب زيادة بمقدار الضعفين على الأقل في قيم AUC للبلازما، أو انخفاض بنسبة 50-80٪ في تصفية الركائز (على الأقل 1.5-1.8 مرة أبطأ من سرعة التصفية المعتادة).
- المثبط الضعيف هو الذي يتسبب في زيادة 1.25 ضعف على الأقل ولكن أقل من ضعفين في قيم AUC في البلازما ، أو انخفاض بنسبة 20-50 ٪ في تصفية الركائز (على الأقل 1.2-1.5 مرة أبطأ من معدل التصفية المعتادة).
السؤال: لإبطاء سرعة التفاعل الكيميائي يجب إضافة
الإجابة: مثبطات تفاعل