נוסח השאלה המלא: האם כמות שונה של הזרז הכימי המוסף לתגובה משנה את מהירותה באופן שונה? מדוע?
ראשית, כדאי מאוד לקרוא את התשובה לשאלה מה הם הגורמים המשפעים על קצב של תגובה כימית – שם יש הסבר מקיף על זרזים (קטליזאטורים) כימיים, ואופן פעולתם.
באופן כללי זרזים הם חומרים שמוסיפים למערכת של תגובה כימית, אשר גורמים לתגובה להתרחש בקצב מהיר יותר – עלי ידי הפעלה של מנגנון תגובה חדש, שצורך פחות 'אנרגיית-שפעול' (האנרגיה הראשונית שדרוש להשקיע על מנת שתגובה כימית תצא אל הפועל). הזרזים עצמם אמנם משתתפים בתוך התגובה או שרשרת התגובות שמובילות מהמגיבים לתוצרים, אך תמיד עוברים 'מיחזור' בשלב כלשהו בתגובה, כך שבסה"כ (בסוף) הם תמיד חוזרים למצבם הראשוני שמאפשר להם הגיב שוב ולזרז שוב מגיבים חדשים על מנת לקבל תוצר.
מבנה מרחבי-מולקולרי של האנזים נוירו-אמינידאז. האנזימים הם זרזים יעילים ביותר שנמצאים ביצורים חיים.
התשובה לשאלה נובעת מהעובדה שהזרזים צריכים לבוא במגע עם המגיבים (כולם או חלקם) על מנת לזרז, אין זירוז בהשראה מרחוק, כיוון שמדובר במשהו פיזי ממש (דורש התנגשות בין מולקולות), התשובה המדוייקת ביותר על השאלה היא 'תלוי בריכוזים הקודמים של המגיבים והזרז, ובאופי הזירוז', נסביר:
1) נניח שבמערכת התגובה הקיימת, ישנו ריכוז נמוך מאוד של זרז ביחס למגיבים, במצב כזה הזרז עובד בקצב מקסימלי (כל התנגשות איתו תוביל לתוצר, כי כמעט כל הסיכויים שיתנגש עם מגיבים). ולכן כל תוספת של זרז תגדיל את קצב התגובה ביחס ישר לכמות הזרז שמוסיפים למערכת (כלומר אם נגדיל את ריכוז הזרז פי 2 הקצב יגדל פי 2).
2) נניח שריכוז הזרז במערכת כבר לא זניח ביחס למגיבים, במצב כזה, כבר לא כל ההתנגשויות יעילות, וחלק ממולקולות הזרז מתנגשות בעצמן (ולא יעילות, לא מובילות לתוצרים), במצב כזה תוספת של עוד זרז אמנם תעלה את קצב התגובה, אבל בצורה מתונה, כאשר כל תוספת של זרז תשפיע כבר פחות ופחות.
3) במצב בו כבר יש יותר זרז ממגיבים – התגובה ממילא תתרחש בקצב מקסימלי, ותוספת של זרז כבר לא תעזור כמעט בכלל, ולא תשנה את הקצב כמעט בכלל.
אפשר לסכם את התלות של הקצב בריכוז בציור הבא:
התרשים – נלקח בעצם מניתוח של השפעת קצב המגיבים (ולא הזרז) על קצב של תגובה המזורזת על ידי אנזים (מכונה ניתוח מיכאליס מנטל), אולם הלוגיקה של הניתוח זהה ולכן אפשר להשתמש בו, המספרים על התרשים מציינים את שלושת המצבים שפורטו למעלה.
4) אפשרי גם מצב שבו הוספה של כמות נוספת של זרז - לא תזרז את התגובה בכלל, מלכתחילה:
נניח שיש לנו תגובה, המורכבת משני שלבים עוקבים, שלב ראשון איטי להחריד (נגיד גרם אחד של חומר נוצר במשך שעה), בו חומרים A ו-B הופכים ל- C
A + B ------> C
ושלב שני מהיר יחסית (נגיד גרם אחד בשנייה) בו C מגיב עם D לתת תוצר E, בו אנו מעוניינים.
C + D -------> E
כדי לזרז את התגובה, מוסיפים לכלי התגובה זרז שמזרז את הקצב של התגובה הראשונה פי – 10,000, והקצב בה עולה לגרם אחד של חומר כל שליש שנייה, כתוצאה מכך הקצב הכולל של התגובה כבר לא נקבע על ידי התגובה בשלב הראשון, אלא על ידי התגובה בשלב השני, שבה נוצר תוצר בקצב של גרם בשנייה (הקצב של שרשרת תגובות כימיות נקבע על ידי השלב האיטי ביותר, בדומה לכך שחוזק של שרשרת נקבע בעצם על ידי החוזק של החולייה החלשה ביותר).
מכאן ברור כי הוספת עוד זרז, שיעלה את הקצב של התגובה הראשונה לקצב מהיר פי 20,000, 50,000 או אפילו 100,000 – לא ישנה כלום בקצב התגובה הכולל, פשוט לא תהייה לו כל השפעה. בכל מקרה התוצר E יווצר בקצב של גרם אחד בשנייה, לפי התגובה השנייה שקובעת את הקצב.
לסיכום – הוספה של כמויות שונות של זרז יכולה להשפיע באותה צורה, לא באותה צורה או אפילו לא להשפיע בכלל על קצב של תגובה כימית, תלוי בריכוז ובאופי הזירוז.
מאת: ד"ר אבי סאייג
מכון ויצמן למדע ומכון דוידסון לחינוך מדעי
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
