Lehrstuhl für Physikalische Chemie

Universität Regensburg
SS2009
Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie (IPTC)
Prof. B. Dick
Klausur Physikalische Chemie V,
Teil: Kinetik
für Studierende der Chemie
21.7.2009, 10:00-12:00
1.Aufgabe:
(15 Punkte)
Bei Reaktionstemperaturen zwischen 800 K und 1200 K zerfällt Essigsäure gemäß folgendem
Reaktionsschema:
k1
A:
CH3COOH
B:
CH3COOH
k2
CH4
+
CO2
CH2CO
+
H2O
Beide Teilreaktionen A und B sind Reaktionen erster Ordnung, wobei
Geschwindigkeitskonstanten bei 1189 K jeweils kA = 3,74 s-1 und kB = 4,65 s-1 betragen.
die
a) Stellen Sie die differentiellen Zeitgesetze für die beiden Teilreaktionen auf und leiten Sie
einen Ausdruck für die Halbwertszeiten der Teilreaktionen t1A/ 2 und t1B/ 2 her.
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit der Essigsäure unter Annahme, dass die Halbwertszeit
der Gesamtreaktion t1/ 2 mit den Halbwertszeiten der Teilreaktionen wie folgt
zusammenhängt:
1
1
1
= A + B
t1 / 2 t1 / 2 t1 / 2
c) Bestimmen Sie die Zeit nach der bereits 99 % der Essigsäure zerfallen ist, unter
Annahme, dass die Geschwindigkeitskonstante der Gesamtreaktion k=kA+kB.
d) Skizzieren Sie die zum obigen Reaktionsschema dazugehörigen Konzentrationsprofile des
Edukts und der Produkte in Abhängigkeit von der Zeit.
2. Aufgabe:
(25 Punkte)
Chymotrypsin ist ein Verdauungsenzym, welches die Spaltung des Substrat-Analogons
Acetyl-L-Tryptophanamid (ATA) im menschlichen Körper katalysiert. In einem Versuch soll
die Verträglichkeit dieser Enymreaktion mit der Michaelis-Menten-Theorie überprüft werden.
-1-
Dazu wird die von 1 µg Chymotrypsin (MW = 27,8 kDa) hydrolysierte Menge an ATA pro
Minute in Abhängigkeit von der Substratkonzentration in einem Reaktionsansatz von 1ml
gemessen.
a) Geben Sie ein typisches Reaktionsschema für eine Reaktion, die der MichaelisMenten-Kinetik gehorcht, an und formulieren Sie die dazugehörigen differentiellen
Zeitgesetze für alle Reaktionsteilnehmer. Erläutern Sie, welche Näherung zur Lösung
des Gleichungssystems notwendig ist und unter welchen Bedingungen sie verwendet
werden kann.
b) Leiten Sie mit Hilfe der Zeitgesetze aus Teilaufgabe 2a) einen Ausdruck für die
Konzentration des Zwischenproduktes und die Produktbildungsgeschwindigkeit her.
c) Skizzieren Sie die zum Reaktionsschema aus Teilaufgabe 2a) dazugehörigen
Konzentrationsprofile des Substrats, Enzym-Substrat-Komplexes und des Produktes in
Abhängigkeit von der Zeit. Erklären Sie, anhand der Auftragung, wieso die Näherung
aus 2a) in diesem Falle verwendet werden kann.
d) Prüfen Sie anhand einer geeigneten Auftragung, ob obige Enzymreaktion der
Michaelis-Menten-Kinetik gehorcht. Verwenden Sie hierzu folgenden Messwerte:
Konzentration ATA
Produktbildungsgeschwindigkeit
[μM]
[nmol/(min ml)]
2
62,0
5
108,0
7,5
129,6
10
144,0
30
185,1
50
196,4
100
205.2
e) Wenn dies der Fall ist, bestimmen Sie für diese Enzymreaktion aus der Auftragung die
Michaelis-Konstante und den Maximal-Wert der Produktbildungsgeschwindigkeit,
sowie die Wechselzahl des Enzyms. Gehen Sie hierbei davon aus, dass das Enzym nur
ein aktives Zentrum besitzt.
3. Aufgabe:
(10 Punkte)
Die van’t Hoff’sche RGT Regel besagt, dass eine Erhöhung der Reaktionstemperatur um
10°C bei vielen Reaktionen meist eine Verdoppelung bis Vervierfachung der
Reaktionsgeschwindigkeit bei sonst gleichbleibenden Bedingungen zur Folge hat. Berechnen
Sie die Aktivierungsenergie einer Reaktion, die der RGT-Regel gehorcht und daher bei einem
Sprung der Temperatur von 25°C auf 35°C a) eine Verdopplung bzw. b) eine Vervierfachung
der Reaktionsgeschwindigkeit erfährt.
Konstanten: Gaskonstante R=8.31441 J K-1 mol-1 , 1 Da = 1.66054 10-27 kg
Hinweis: 1. Wiederholungsklausur PCV, 5.10.2009, 10:00-12:00, H44
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