Autokatalyse
Autokatalyse er katalyse af en kemisk reaktion med et af dets produkter eller udgangsmaterialer.
Autokatalyse er et unikt fænomen, der adskiller sig fra andre typer katalyse: strengt taget er det ikke katalyse i ordets fulde betydning, da mængden af katalysator pr. definition ikke bør ændre sig, men produktet (autokatalysatoren) akkumuleres i system.
Det elementære skema for autokatalyse har formen:
A + P → 2P
Derefter udtrykkes hastigheden af den fremadrettede reaktion som:
![{\displaystyle r={\frac {d[P]}{dt}}=k[A][P]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f84eba68ccf1f334102c925b6a05872f0cdbe80e)
Hvor r er reaktionshastigheden, [A], [P] er koncentrationerne, k er hastighedskonstanten.
Hvis reaktionen sker i et lukket system, så er summen af koncentrationerne A og P til enhver tid konstant og lig med summen af startkoncentrationerne: [A] + [P] = [A] o + [P] o . Ved at bruge denne relation omskriver vi den kinetiske ligning som følger:
![{\displaystyle {\frac {d[P]}{dt}}=k([A]_{0}+[P]_{0}-[P])[P]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/394570bbd335c184ecbc4e2aced9f493be5e99b3)
Denne ligning har en nøjagtig løsning. Lad os finde det ved hjælp af metoden til adskillelse af variabler:
, hvor t - tid
![{\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)
Løsningen opfylder betingelserne: [P](0) = [P] o ; [P](∞) = [A] o + [P] o . Grafen for opløsningen er et sigmoid, som er et tegn på en katalytisk reaktion.
I første omgang er reaktionen langsom, pga. den oprindelige mængde af produktet er lille. Med forløbet af reaktionen og akkumuleringen af produkt P, stiger reaktionshastigheden, når et maksimum og begynder at falde efterhånden som forbruget af A.
I et åbent system kan koncentrationen af komponent A holdes konstant ved at tilsætte den til reaktionsmediet. Så er [A] = [A] o , og løsningen af ligningen er en eksponentiel funktion (t er tid):
![{\displaystyle [P]=[P]_{0}e^{[A]_{0}kt))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f4dbb864e717f8bbdccb456ea4962931d7ddbdd4)
Reaktionshastigheden og koncentrationen P vil stige, så længe reagens A kommer ind i systemet.
Et af de mest kendte eksempler på autokatalyse er oxidationen af oxalsyre med permanganat :
2MnO 4 − + 5C 2 O 4 2− + 16H + = 2Mn 2+ + 10CO 2 + 8H 2 ODenne reaktion katalyseres af Mn2 + -ioner . Ved stuetemperatur forløber denne reaktion først langsomt, men efterhånden som katalysatorproduktet akkumuleres i opløsningen, accelererer det.
Autokatalyse spiller en nøglerolle i evolutionær kemi , da en reaktion katalyseret af dens egne produkter har forrang over reaktioner, der modtager en katalysator udefra (især over ikke-katalytiske reaktioner), som skaber betingelserne for naturlig selektion .
Se også
 Ordbøger og encyklopædier |
|
|---|