We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
$ Q_ {10} $ هي الزيادة في المعدل (مثل نشاط الإنزيم) التي لوحظت مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات.
بحسب ويكيبيديا:
$$ Q_ {10} = left ( frac {R_2} {R_1} right) ^ {{10} / left ({T_2-T_1} right)} $$
من الواضح أن وحدات $ R $ (على سبيل المثال $ mol / g / s $) تلغي ، ولكن ماذا عن وحدات درجة الحرارة؟ هل يحتوي $ Q_ {10} $ على وحدات؟ يبدو أن الوحدات ستكون "لكل 10 درجة مئوية"، ولكن ليس من الواضح كيف يأتي ذلك من المعادلة المرجعية
شكل. رسم تخطيطي يوضح تأثير درجة الحرارة على استقرار تفاعل محفز بالإنزيم. تظهر المنحنيات النسبة المئوية للنشاط المتبقي مع زيادة فترة الحضانة. من الأعلى تمثل زيادات متساوية في درجة حرارة الحضانة (50 درجة مئوية ، 55 درجة مئوية ، 60 درجة مئوية ، 65 درجة مئوية و 70 درجة مئوية).
$ Q_ {10} $ هو رقم بدون وحدة ، يلخص تأثير رفع درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية على معدل التفاعل الكيميائي. يشير $ Q_ {10} $ 2.0 إلى أن رفع درجة حرارة النظام بمقدار 10 درجات مئوية سيضاعف بشكل فعال معدل التفاعل. هذه القيمة متوقعة لمعظم التفاعلات الكيميائية التي تحدث في درجات الحرارة الفسيولوجية العادية.
رياضياً ، يمكن تمثيل $ Q_ {10} $ بالتعبير التالي:
$$ Q_ {10} = left ( frac {k_2} {k_1} right) ^ { frac {10} {t_2-t_1}} $$
$ t_2 $ = درجة حرارة أعلى
$ k_2 $ = السعر $ t_2 $
$ t_1 $ = درجة حرارة منخفضة
$ k_1 $ = السعر عند $ t_1 $
عادةً ما يكون فرق درجة الحرارة حوالي 10 درجات مئوية ، ثم يمكنك تبسيط المعادلة
$$ Q_ {10} = left ( frac {k_1} {k_2} right) ^ { frac {10} {10}} = frac {k_1} {k_2} $$
تحرير: يمكنك بسهولة حساب $ k $ من معادلة Arrhenius
$$ k = Ae ^ { frac {- Delta G ^ *} {RT}} $$
حيث $ k $ هو ثابت المعدل الحركي للتفاعل ، $ A $ هو ثابت Arrhenius ، المعروف أيضًا باسم عامل التردد ، $ - Delta G ^ * $ هو الطاقة القياسية المجانية للتنشيط ($ kJ / mol $) التي تعتمد على العوامل الحتمية والمحتوى الحراري ، $ R $ هو ثابت قانون الغاز و $ T $ هو درجة الحرارة المطلقة.
هل نماذج الصندوق الأسود للتحكم في التنظيم الحراري عفا عليها الزمن؟ أهمية المعرفة المستعارة.
اكتسبت نماذج الصندوق الأسود للتحكم في التنظيم الحراري أهمية متزايدة في وصف خصائص منظم الحرارة البيولوجي وفي وضع فرضيات عمل لمزيد من التحليل التجريبي. أثبت دمج المعرفة المكتسبة بشكل مستقل عن نهج تحليل الأنظمة في نماذج الصندوق الأسود للتنظيم الحراري أنه مفيد في تحسين قدرتها على التنبؤ. تشتمل أجزاء "المعرفة المستعارة" من التحليل المستقل والتي يتم استخدامها حاليًا في ابتكار نماذج لتنظيم الحرارة المتماثل على: خاصية التحكم النسبي في منظم الحرارة البيولوجي ، ومبادئ Sherringtonian للتفاعل المشبكي ، والتحكم في المدخلات المتعددة لمؤثرات التنظيم الحراري ذات المدخلات التفاضلية. الاقتران ، وعدم وجود مساهمة كبيرة للحساسية الحرارية من منطقة ما تحت المهاد في الطيور ، ووجود مستقبلات دافئة وباردة والخصائص الحرارية لاستجاباتها ، والاعتماد على درجة الحرارة من نوع Q10 لنقل إشارة درجة الحرارة داخل الجهاز العصبي المركزي. أدى النظر في هذه القطع من المعرفة المستعارة إلى ظهور نماذج الصندوق الأسود لتنظيم درجة الحرارة والتي يتم فيها تجنب شروط نقطة التحديد الصريحة.
تختلف تأثيرات رطوبة التربة على حساسية درجة الحرارة للتنفس غير المتجانسة موسمياً في تجربة تغير مناخي قديم.
المراسلات: فيديا سوسيلا ، قسم الغابات والموارد الطبيعية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إن 47907 ، الولايات المتحدة الأمريكية ، هاتف. +1 765494 3531 ، فاكس +1 765494 9461 ، البريد الإلكتروني: [email protected] ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف
مختبر بيئة الموارد الطبيعية ، جامعة ولاية كولورادو ، فورت كولينز ، 80523 الولايات المتحدة الأمريكية
معهد الموارد المستدامة ، جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا ، بريسبان ، كيو إل دي ، 4001 أستراليا
مختبر بيئة الموارد الطبيعية ، جامعة ولاية كولورادو ، فورت كولينز ، 80523 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم الغابات والموارد الطبيعية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إنديانا ، 47907 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم العلوم البيولوجية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، 47907 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم الأحياء ، جامعة ماساتشوستس بوسطن ، بوسطن ، ماساتشوستس ، 02125 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم الغابات والموارد الطبيعية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إنديانا ، 47907 الولايات المتحدة الأمريكية
المراسلات: فيديا سوسيلا ، قسم الغابات والموارد الطبيعية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إن 47907 ، الولايات المتحدة الأمريكية ، هاتف. +1 765494 3531 ، فاكس +1 765494 9461 ، البريد الإلكتروني: [email protected] ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف
مختبر بيئة الموارد الطبيعية ، جامعة ولاية كولورادو ، فورت كولينز ، 80523 الولايات المتحدة الأمريكية
معهد الموارد المستدامة ، جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا ، بريسبان ، Qld ، 4001 أستراليا
مختبر بيئة الموارد الطبيعية ، جامعة ولاية كولورادو ، فورت كولينز ، 80523 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم الغابات والموارد الطبيعية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، إنديانا ، 47907 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم العلوم البيولوجية ، جامعة بوردو ، ويست لافاييت ، 47907 الولايات المتحدة الأمريكية
قسم الأحياء ، جامعة ماساتشوستس بوسطن ، بوسطن ، ماساتشوستس ، 02125 الولايات المتحدة الأمريكية
تسجيل الدخول المؤسسي
قم بتسجيل الدخول إلى مكتبة Wiley Online
إذا كنت قد حصلت مسبقًا على حق الوصول باستخدام حسابك الشخصي ، فيرجى تسجيل الدخول.
شراء الوصول الفوري
- شاهد المقال بصيغة PDF وأي ملاحق وأرقام مرتبطة به لمدة 48 ساعة.
- المادة يمكن ليس أن تتم طباعتها.
- المادة يمكن ليس يمكن تنزيلها.
- المادة يمكن ليس يتم إعادة توزيعها.
- عرض غير محدود لمقال PDF وأي ملاحق وأرقام مرتبطة به.
- المادة يمكن ليس أن تتم طباعتها.
- المادة يمكن ليس يمكن تنزيلها.
- المادة يمكن ليس يتم إعادة توزيعها.
- عرض غير محدود للمقال / الفصل PDF وأي ملاحق وأرقام مرتبطة.
- يمكن طباعة المقال / الفصل.
- يمكن تحميل المادة / الفصل.
- المادة / الفصل يمكن ليس يتم إعادة توزيعها.
الملخص
ينتج عن التحلل الميكروبي للمادة العضوية في التربة تدفقًا كبيرًا لثاني أكسيد الكربون2 من النظم البيئية الأرضية ويمكن أن تكون بمثابة ردود فعل لتغير المناخ. على الرغم من أن نماذج الكربون المناخية تشير إلى أن الاحترار سوف يسرع من إطلاق ثاني أكسيد الكربون2 من التربة ، فإن حجم هذه التغذية المرتدة غير مؤكد ، ويرجع ذلك في الغالب إلى عدم اليقين في حساسية درجة الحرارة لتحلل المواد العضوية في التربة. درسنا كيف أثر الاحترار وتغيير هطول الأمطار على معدل وحساسية درجة حرارة التنفس غير المتجانسة (رح) في تجربة مناخ منطقة بوسطن ، في ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية. قمنا بالقياس رح أطواق عميقة تستبعد جذور النباتات ومدخلات القمامة. في هذا النظام البيئي ميسيك ، رح استجاب بقوة لهطول الأمطار. خفض الجفاف رح، سنويًا وخلال موسم النمو. زيادة الاحترار رح فقط في أوائل الربيع. خلال الصيف متى رح أعلى ، وجدنا دليل على استجابات هستيرية عتبة لرطوبة التربة: رح انخفض بشكل حاد عندما انخفض حجم رطوبة التربة أدناه
26٪ لكن رح تزداد تدريجياً عندما ارتفعت رطوبة التربة من العتبة الدنيا. تأثير المعالجات المناخية على حساسية درجات الحرارة رح حسب الموسم. ظاهر س10 ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة (
3.5 درجة مئوية) في الربيع والخريف. من المفترض أن السبب في ذلك هو الحد من رطوبة التربة ، ومعاملات الاحترار والتهطال لم تؤثر على الظاهر س10 في الصيف. انخفض الجفاف بشكل واضح س10 في الخريف مقارنة بمعالجات التهطال المحيط والرطب. على حد علمنا ، هذه هي الدراسة الميدانية الأولى لفحص استجابة رح وحساسيتها لدرجة الحرارة للتأثيرات المجمعة للاحترار وتغير هطول الأمطار. نتائجنا تسلط الضوء على الاستجابات المعقدة لـ رح لرطوبة التربة ، وعلى حد علمنا ، حددنا لأول مرة التباين الموسمي في حساسية درجة حرارة التنفس الميكروبي في الحقل. نؤكد على أهمية محاكاة الاستجابات بشكل مناسب مثل هذه عند نمذجة مسارات مخزونات الكربون في التربة في ظل سيناريوهات تغير المناخ.
| اسم الملف | وصف |
|---|---|
| gcb2516-sup-0001-Sf1.tifimage / tif ، 654.5 كيلوبايت | الشكل S1. متوسط هطول الأمطار الشهري (1952-2008) من محطة الطقس بيدفورد ، ماساتشوستس. تشير أشرطة الخطأ العلوية والسفلية إلى المئين التسعين والعاشر ، على التوالي. |
| gcb2516-sup-0002-Sf2.tifimage / tif ، 71.2 كيلوبايت | الشكل S2. هطول الأمطار اليومي في المعالجة المحيطة (القضبان الرأسية) والأمطار التراكمية في الجفاف والمعالجات المحيطة والرطبة من مارس 2009 إلى مارس 2010. النجوم الممتلئة تمثل يوم قياس التنفس الميكروبي. |
| gcb2516-sup-0003-Sf3.tifimage / tif ، 1.5 ميجا بايت | الشكل S3. اختلاف نهاري في رح في 19 أبريل 2010 في معالجات الجفاف (أ) ، والمحيط (ب) ، والرطب (ج) ، ودرجة حرارة التربة المقابلة في الجفاف (د) ، والمحيط (هـ) ، والمعالجات (و) الرطبة. (ز) محتوى رطوبة التربة في يوم القياس. |
| gcb2516-sup-0004-Sf4.tifimage / tif ، 1.4 ميجا بايت | الشكل S4. اختلاف نهاري في رح في 17 أغسطس 2009 في معالجات الجفاف (أ) ، والمحيط (ب) ، والرطب (ج) ، ودرجة حرارة التربة المقابلة في الجفاف (د) ، والمحيط (هـ) ، والمعالجات (و) الرطبة. (ز) محتوى رطوبة التربة في يوم القياس. |
| gcb2516-sup-0005-TableS1.doc مستند Word ، 41 كيلوبايت | الجدول S1. أدت نتائج النموذج المختلط إلى تقييد تحليل الاحتمالية القصوى لاستجابات رطوبة التربة (عمق 10 سم) لمعالجات الاحترار والتهطال ووقت أخذ العينات. المفتاح: W ، الاحترار Ppt ، هطول الأمطار NDF ، درجات الحرية البسط DDF ، المقام درجات الحرية. |
| gcb2516-sup-0006-TableS2.doc مستند Word ، 42 كيلوبايت | الجدول S2. أدت نتائج النموذج المختلط إلى تقييد تحليل الاحتمالية القصوى لاستجابات درجة حرارة التربة (5 سم عمق) لمعالجات الاحترار والتهطال ووقت أخذ العينات. المفتاح: W ، الاحترار Ppt ، هطول الأمطار NDF ، درجات الحرية البسط DDF ، المقام درجات الحرية. |
| gcb2516-sup-0007-TableS3.doc مستند Word ، 37.5 كيلوبايت | الجدول S3. نتائج النموذج المختلط مقيدة أقصى تحليل احتمالية لاستجابات رح إلى معالجات الاحترار والتهطال ووقت أخذ العينات. المفتاح: W ، الاحترار Ppt ، هطول الأمطار NDF ، درجات الحرية البسط DDF ، المقام درجات الحرية. |
| gcb2516-sup-0008-TableS4.doc مستند Word ، 28.5 كيلوبايت | الجدول S4. نتائج النموذج المختلط قيّدت تحليل احتمالية الحد الأقصى لاستجابات التراكمي رح لعلاجات الاحترار والتهطال. المفتاح: W ، الاحترار Ppt ، هطول الأمطار NDF ، درجات الحرية البسط DDF ، المقام درجات الحرية. |
| gcb2516-sup-0009-TableS5.doc مستند Word ، 30.5 كيلوبايت | الجدول S5. قيّدت نتائج النموذج المختلط تحليل الاحتمالية القصوى لاستجابات حساسية درجة الحرارة الظاهرة رح لعلاجات الاحترار والتهطال. المفتاح: W ، الاحترار Ppt ، هطول الأمطار NDF ، درجات الحرية البسط DDF ، المقام درجات الحرية. |
| gcb2516-sup-0010-TableS6.doc مستند Word ، 54.5 كيلوبايت | الجدول S6. علاقة (ص 2) قيم التنفس الجرثومي المقاسة للمتغيرات البيئية باستخدام درجة الحرارة (ذ = أه bx )، رطوبة (ذ = ذ0 + فأس + bx 2) والوظائف الأسية والتربيعية المدمجة (Melnick-Dugas). تشير الأرقام بالخط العريض إلى أفضل ملاءمة للوظائف الثلاث في الحالات التي يكون فيها الملاءمة أكبر من 0.2. |
يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.
محتويات
تعطي معادلة أرهينيوس اعتمادًا على معدل ثابت لتفاعل كيميائي على درجة الحرارة المطلقة مثل
k هو معدل ثابت (تكرار الاصطدامات التي تؤدي إلى تفاعل) ، T هي درجة الحرارة المطلقة (في kelvins) ، A هي عامل ما قبل الأسي ، ثابت لكل تفاعل كيميائي ، هأ هي طاقة التنشيط للتفاعل (في نفس وحدات RT)، R هو ثابت الغاز العالمي. [1] [2] [3]
بدلاً من ذلك ، يمكن التعبير عن المعادلة كـ
هأ هي طاقة التنشيط للتفاعل (في نفس وحدات كبتي), كب هو ثابت بولتزمان.
الاختلاف الوحيد هو وحدات الطاقة هأ : يستخدم الشكل الأول الطاقة لكل مول ، وهو أمر شائع في الكيمياء ، بينما يستخدم الشكل الأخير الطاقة لكل جزيء بشكل مباشر ، وهو أمر شائع في الفيزياء. يتم حساب الوحدات المختلفة باستخدام إما ثابت الغاز R أو ثابت Boltzmann ، كب ، كمضاعف درجة الحرارة T.
تتطابق وحدات العامل الأسي قبل الأسي مع تلك الخاصة بثابت المعدل وستختلف وفقًا لترتيب التفاعل. إذا كان رد الفعل من الدرجة الأولى ، فإنه يحتوي على الوحدات: s −1 ، ولهذا السبب غالبًا ما يطلق عليه عامل التردد أو تكرار المحاولة من رد الفعل. ببساطة ، k هو عدد الاصطدامات التي تؤدي إلى تفاعل في الثانية ، A هو عدد الاصطدامات (التي تؤدي إلى رد فعل أم لا) في الثانية التي تحدث مع الاتجاه الصحيح للتفاعل [5] و e - E a / ( RT)
بالنظر إلى نطاق درجة الحرارة الصغير للدراسات الحركية ، فمن المعقول تقريب طاقة التنشيط على أنها مستقلة عن درجة الحرارة. وبالمثل ، في ظل مجموعة واسعة من الظروف العملية ، يكون الاعتماد الضعيف لدرجة الحرارة لعامل ما قبل الأسي ضئيلًا مقارنة بالاعتماد على درجة الحرارة لـ exp (- E a / (RT))
باستخدام هذه المعادلة ، يمكن تقدير أن معدل التفاعل يزداد بنحو 2 أو 3 لكل 10 درجات مئوية ارتفاع في درجة الحرارة.
يؤدي أخذ اللوغاريتم الطبيعي لمعادلة أرهينيوس إلى:
هذا له نفس شكل معادلة الخط المستقيم:
أين x هو متبادل تي.
لذلك ، عندما يكون للتفاعل ثابت معدل يخضع لمعادلة أرهينيوس ، فإن مخطط ln ك عكس تي −1 يعطي خطاً مستقيماً ، يمكن استخدام انحداره ونقاطه لتحديده هأ و أ . أصبح هذا الإجراء شائعًا جدًا في الحركية الكيميائية التجريبية التي استخدمها الممارسون حدد طاقة التنشيط للتفاعل. هذه هي طاقة التنشيط التي يتم تعريفها على أنها (-ر) ضرب منحدر قطعة أرض من ln ك مقابل (1 /تي):
توضح معادلة أرهينيوس المعدلة [6] الاعتماد على درجة الحرارة لعامل ما قبل الأسي. عادة ما تكون المعادلة المعدلة من النموذج
يتوافق تعبير Arrhenius الأصلي أعلاه مع ن = 0. تقع ثوابت المعدل المناسب عادةً في النطاق −1 & lt ن & lt 1. التحليلات النظرية تسفر عن تنبؤات مختلفة لـ ن. وقد أشير إلى أنه "ليس من المجدي إثبات ، على أساس دراسات درجة الحرارة لمعدل ثابت ، ما إذا كان المتوقع تي يتم ملاحظة اعتماد 1/2 لعامل ما قبل الأسي تجريبياً ". [4]: 190 ومع ذلك ، إذا كان هناك دليل إضافي متاح ، من النظرية و / أو من التجربة (مثل الاعتماد على الكثافة) ، فلا يوجد أي عائق أمام الاختبارات الحاسمة لـ قانون أرهينيوس.
تعديل شائع آخر هو الشكل الأسي الممتد [ بحاجة لمصدر ]
أين β هو رقم بلا أبعاد للأمر 1. يعتبر هذا عادةً تصحيحًا تجريبيًا بحتًا أو مصانع اقتصادية لجعل النموذج مناسبًا للبيانات ، ولكن يمكن أن يكون له معنى نظري ، على سبيل المثال إظهار وجود مجموعة من طاقات التنشيط أو في حالات خاصة مثل قفز النطاق المتغير Mott.
تعديل مفهوم أرهينيوس لطاقة التنشيط
جادل أرينيوس بأنه لكي تتحول المواد المتفاعلة إلى منتجات ، يجب أن تحصل أولاً على الحد الأدنى من الطاقة ، والتي تسمى طاقة التنشيط هأ. في درجة حرارة مطلقة تي، وهو جزء الجزيئات التي لها طاقة حركية أكبر من هأ يمكن حسابها من الميكانيكا الإحصائية. مفهوم طاقة التفعيل يشرح الطبيعة الأسية للعلاقة ، وبطريقة أو بأخرى ، فهو موجود في جميع النظريات الحركية.
تتضمن حسابات ثوابت معدل التفاعل متوسط طاقة على توزيع Maxwell – Boltzmann مع E a < displaystyle E _ < rm >> كحد أدنى وبالتالي غالبًا ما تكون من نوع وظائف جاما غير المكتملة ، والتي تتحول إلى متناسبة مع e - E a RT < displaystyle e ^ < frac <-E _ < rm >>
