Atomlar, iyonlar ve moleküller kinetik enerjiye sahip çok küçük yapılardır, yani sürekli hareket ederler ve bunun neticesinde de birbirleriyle çarpışıp dururlar. Ancak kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesi için bu çarpışmaların yeterli bir şiddette olması gerekir.
Yüksek şiddetli kuvvetli bir çarpışma sonucunda valans elektronların hareketlerinde değişiklik meydana gelir, dolayısıyla bazı bağlar yıkılır ve bazı yeni bağlar oluşur. Valans elektronların davranışlarını değiştirmek için gereken bu çarpışmanın kuvveti, şiddeti ya da seviyesi aktivasyon enerjisi olarak isimlendirilir.
Bir de şöyle açıklayalım, aktivasyon enerjisi reaktantların (atomların veya moleküllerin) çarpışması esnasında sahip oldukları kimyasal bağların yıkılıp farklılaşması için gerekli enerji miktarıdır.
Bu noktada kimyasal reaksiyonun gerçekleşmesi için aslında bir miktar enerji yatırımında bulunulması gerektiğini anlıyoruz. Reaktantlar, kararsız hale geçmek ve valans elektronlarıyla yeni kombinasyonlar ortaya çıkarmak için yeterli miktarda enerji emmelidir. Yeni bağlar oluştuğunda ise enerji ortama bırakılır. Bu noktada reaksiyon endergonik veya eksergonik olabilir, bunu unutmayalım.
GÖRSEL - Reaksiyon için gerekli aktivasyon enerjisi
ATP hidrolizi için gerekli bir enerji bulunur ancak bağın potansiyel enerjisi yatırımdan daha yüksek olduğu için bu reaksiyon ortama enerji bırakır. Yaşanan çarpışmalar sonucunda kimyasal reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeme olasılığı hem ortamın sıcaklığına hem de maddelerin ortamdaki konsantrasyonuna bağlıdır.
Belli bir alan içerisinde partiküllerin konsantrasyonun artması çarpışmalarının ihtimalini yükseltir dolayısıyla kimyasal reaksiyonların gerçekleşme ihtimalini doğrudan artırır. Aynı alanda partikül konsantrasyonu artmadığını ancak ortamdaki basıncın arttığını farz edelim. Bu durumda partiküller, yine, konsantrasyon artışındaki gibi birbirlerine daha yakın hareket edeceklerdir.
Sıcaklığın artmasıyla birlikte madde partiküllerinin sahip olduğu hareketlilik artar. Hareketliliği artan partiküllerin çarpışmaları da daha kuvvetli gerçekleşir. Bu yüzden partiküllerin sıcaklığının artması kimyasal reaksiyon gerçekleşme olasılığını da aynı doğrultuda etkiler.
Kimyasal reaksiyonların atomlar, iyonlar veya moleküllerin birbirleriyle çarpışması sonucu oluştuğunu öğrendik. Şimdi sıra başka bir bilgide.
Kimyasal reaksiyonların canlılığı devam ettirebilecek hızda gerçekleşmesini sağlayacak sıcaklık ve molekül konsantrasyonları vücut sıvılarımız içerisinde mevcut değildir.
Sıcaklığı arttırmak veya reaksiyona girebilecek maddenin partiküllerinin sayısını arttırmak vücudumuzda gerçekleşecek çarpışmaları da artıracaktır, bu yüzden kimyasal reaksiyonların hızı ya da gerçekleşme oranı da artacaktır. Ancak bahsettiğimiz bu durumlar aynı zamanda vücut hücrelerimize zarar verebilecek potansiyele de sahiptir.
Bu durumu çözmek için katalizör dediğimiz maddeler bulunur. Katalizörler, kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesi için gerekli aktivasyon enerjisini düşürerek yani daha önce bahsettiğimiz iki başlığın değişmesine gerek kalmadan bu işi yapar.
Vücudumuzda bulunan en önemli katalizör yapılar proteinlerde detaylı bir şekilde bahsedeceğimiz enzimlerdir. Yani enzimler reaksiyonun başlaması için ihtiyaç duyulan aktivasyon enerjisini azaltarak reaksiyonun çok daha kolay gerçekleşmesini sağlayan yapılardır.
GÖRSEL - Aktivasyon enerjisi (enzimsiz vs enzimli)
Bir kimyasal reaksiyonun gerçekleşmesini istediğinizde reaktant büyük moleküllerden oluşuyorsa bu durumda moleküllerin yalnızca çarpışmasıyla reaksiyon gerçekleşmeyebilir. Bununla beraber moleküllerin spesifik noktalarında vuruşmalar ya da çarpışmalar gerçekleşmesi gerekir.
Enzimler çarpışacak olan partikülleri kimyasal reaksiyon gerçekleşebilsin diye özel bir pozisyonda tutar. Bu özel iş neticesinde de reaksiyonların gerçekleşmesi mümkün kılınır.
GÖRSEL - Enzimin spesifik etkileşimi
Enzimler reaksiyonların aktivasyon enerjisini düşürüp daha hızlı ve daha kolay gerçekleşmesini sağlasalar da son ürünün bir parçası olmazlar ve kendi yapılarında bir değişiklik meydana gelmez. Yaptıkları spesifik işi bitirdikleri gibi aynı işi tekrar yapmak için hazır bulunurlar. Proteinler yazımızda enzimler daha detaylı anlatılmıştır.
Sonuç olarak atomlar, iyonlar ve moleküller kinetik enerjilerinden ötürü sürekli olarak çarpışırlar ancak çarpışmalar her zaman kimyasal reaksiyonlarla sonuçlanmaz. Kimyasal reaksiyonun gerçekleşmesi için ihtiyaç duyulan çarpışma şiddeti ısı artışıyla, madde konsantrasyonu artışıyla veya basınç artışıyla gerçekleşebilir ancak bu durumlar hücreler için optimum şartlar değildir. Reaksiyonun gerçekleşmesi için ihtiyaç duyulan bu enerjiye aktivasyon enerjisi denir. Vücudumuzdaki katalizörler yani enzimler aktivasyon enerjisini düşürerek canlı yapı içerisinde kimyasal reaksiyonların kolayca gerçekleşmesine olanak tanır. Enzimler partiküllerin spesifik bölgelerinin etkileşime girmesini sağlar, ürün oluşumunu kolaylaştırır ancak kendisi son ürünün parçası olmazlar. Aynı işi yapmak için tekrar reaktant gelmesini beklerler.
Konuya ilişkin bilginizi tamamlamak ve kendinize seviye atlatmak için önceki ve sonraki yazılara göz atmayı ihmal etmeyin. Linklere aşağıdan ulaşabilirsiniz.