هذه المقالة يتيمة. ساعد بإضافة وصلة إليها في مقالة متعلقة بها

تحفيز ذاتي

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

إن التفاعل الكيميائي قد يتعرض ‏‎‎لتحفيز ذاتي‎‎‏ ، أو أن يكون التفاعل ‏‎‎ذاتي ‏التحفيز‎‎‏، ويحدث ذلك إذا تساوى أحد نواتج هذا التفاعل الكيميائي مع ‏المتفاعلة وبالتالي يحدث تحفيزاً في نفس التفاعل أو ردة فعل جانبية.‏‎ إغلاق </ref> مفقود لوسم <ref>[1][2] and Hase W.L. Chemical Kinetics and Dynamics (2nd ed., Prentice-Hall 1999) p.151-2 ISBN 0-13-737123-3</ref> ويطلق على هذا ردة فعل ‏‎‎ذاتية التحفيز‎ ‎‏(بالإنجليزية‎: ‏‎Autocatalysis Reaction‎‏).‏ يتم تمثيل ‏‎‎معادلة معدل التفاعل بشكل ‏‎لاخطي‎‏ في الأساس، وإذا كانت خطية فهذا يؤدي إلى توليد تلقائي على ‏نظام التفاعل، حيث أن إنشاء نظاماً تلقائياً يتوافق مع انخفاض الإنتروبيا‎‏ بالنسبة للنظام، والتي يجب أن يقابله زيادة ‏أكبر في الإنتروبيا من المناطق المحيطة بها طبقاً لقانون الديناميكا الحراري الثاني‎، والتي تم العثور على ذلك ‏من قِبل الأنظمة الحيوية، وهناك مجموعة من التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن يكون ذات تحفيز سريع لكن بشكل ‏جماعي.‏

التفاعل الكيميائي[عدل]

إن معادلة التفاعل الكيميائي لاثنين من المواد المتفاعلة واثنين من المواد المنتجة يكتب هكذا:‏

حيث أن الحروف اليونانية هي معاملات متكافئة أو ‏‎قياس اتحادية العناصر‎ وتمثل حروف اللاتينية الأنواع ‏الكيميائية. حصيلة تفاعل كيميائي في كلا الاتجاهين.‏

الاتزان الكيميائي[عدل]

في الاتزان الكيميائي في معدلات التفاعل إلى الأمام والخلف هي من هذا القبيل أن كل الأنواع الكيميائية التي تم إنشاؤها ‏في نفس المعدل يتم تدميرها. وبعبارة أخرى: فإن معدل رد الفعل إلى الأمام يساوي معدل رد الفعل العكسي.‏

حيث أن بين القوسين تشير إلى تركيز الأنواع الكيميائية، في لتر واحد بمقياس المول‎، أما ‏+‎k‏ و‎ k- ‎ثوابت المعدل‎‎‏.‏

بعيداً عن التوازن[عدل]

بعيداً عن التوازن، يكون الاتجاه إلى الأمام والخلف في معدلات التفاعل غير متوازنة، أما تركيز كلاً من المواد ‏المتفاعلة والمنتجات ليست ثابتة، يتم تدمير جزيئات من الرمز ‏A‎ إذا كانت ردة ‏الفعل متجهةً إلى الأمام، والعكس صحيح، فإنه يتم إنشاء جزيئات من الرمز ‏A‏ إذا ‏كانت ردة الفعل متجهةً إلى الخلف، وفي حالة وجود ‏‎تفاعل أولي‎‎‏ بدرجة التفاعل‎ يكون ردة الفعل في كل اتجاه ‏متوافق للجزيئات، ثم إن حتى معدل التغير في عدد مولات الرمز ‏A‎‏ هو:‏ ‏:

لدى هذا النظام من المعادلات نقطة واحدة وهي عبارة عن نقطة ثابتة‎‎‏ مستقرة عند ‏المعدلات المتجهة إلى الأمام والخلف ومساويةً أيضاً. وهذا يعني أن النظام يتطور ليصل إلى حالة التوازن، وهذه هي ‏الحالة الوحيدة التي يتم تطويرها.‏

ردود الفعل المحفزة[عدل]

‎تباين المحور السيني ‏من تركيز المنتج في ردود الفعل المحفزة

إن ردود الفعل المحفزة تكون واحداً من نواتجها على الأقل مساويةً المتفاعلة. ولعل أبسط رد فعل ذاتي التحفيز يمكن أن ‏يكتب هكذا:‏

ومع معادلات المعدل (لل‎]]‎تفاعل الأولى‎[[‎‏)‏ ‏:

.

هذا التفاعل هو واحد من الجزيئات من النوع ‏‎A‎‏ يتفاعل مع جزيء من النوع ‏‎B‎‏. حيث يتم تحويل الجزيء ‏‎A‎‏ ‏إلى جزيء ‏‎B‎‏. ويكوِّن المنتج النهائي للجزيء ‏B‎‏ الأصلي بالإضافة إلى جزيء ‏‎B‎‏ التي تم إنشاؤها في رد الفعل.‏ إن الميزة الرئيسية لمعادلات المعدل هي أنها ليست خطية‎‏. حيث أن على يمين المعادلة الثانية يختلف النوع ‏‎B2‎‏ عن التركيز الذي رمزه ‏‎B‎‏ كمعادلة تربيعية‎ ‎وهذه الميزة يمكن أن تؤدي إلى نقاط متعددة وثابتة من النظام، ‏مثل الكثير من المعادلات من الدرجة الثانية يمكن أن يكون لها جذور متعددة. تسمح هذه النقاط لحالات متعددة من هذا ‏النظام. والنظام القائم في حالة المقياس العياني المتعددة هو أكثر تنظيما (أي أن لديها إنتروبيا‎ ‎أقل) من هذا النظام في ‏حالة واحدة.‏ وتختلف تركيزات ‏‎A‎‏ و ‏‎B‎‏ في وقت لآخر وفقا للمعادلتين التاليتين: ‏ ‏:

.

الرسم البياني لهذه المعادلات يمثل المنحنى السيني، الذي هو الحال بالنسبة للردود الفعل المحفزة بأن هذه التفاعلات ‏الكيميائية تسير ببطء في البداية لأن هناك القليل من الحفز في هذا الوقت، وفي ردة الفعل يزداد المعدل تدريجياً ‏باستمرارية حيث ينتج كمية محفزة زائدة وبعد ذلك يبطئ من جديد كما أنه يقلل من تركيز المواد المتفاعلة. فإذا كان ‏تركيز المواد المتفاعلة أو الناتجة في تجربةٍ ما فإنه يتبع المنحنى السيني، وقد يكون رد فعل ذاتي التحفيز.‏ وعلى سبيل المثال المعادلات الحركية إلى حيث تتحفيز إلى حمض محفز لبعض إستر‎‎ات الأحماض الكربوكسيلية‎‎‏ والكحول‎. لذلك يجب أن يكون هناك على الأقل بعض الوقت لتشغيل الآلية المحفزة في ‏الحمض. وإن لم يجب أن يبدأ رد فعل من خلال بديل غير جزيئي والذي عادة ما يكون أبطأ. فإن المعادلات التي أعلاه ‏لآلية التحفيز يعني أن تركيز المنتجات الحمضية يبقى صفراً إلى الأبد.‏

مراجع[عدل]

  1. ^ Rebeck، Julius (July 1994). "Synthetic Self-Replicating Molecules". Scientific American: 48–55. 
  2. ^ G. Nicolis and إيليا بريغوجين (1977). Self-Organization in Nonequilibrium Systems. New York: John Wiley and Sons. ISBN 0-471-02401-5.