रसायन विज्ञान में प्रतिक्रिया दर: परिभाषा और विभिन्न कारकों पर इसकी निर्भरता

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-02 17:47

प्रतिक्रिया दर वह मान है जो एक निश्चित अवधि में अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन को दर्शाता है। इसके आकार का अनुमान लगाने के लिए, प्रक्रिया की प्रारंभिक स्थितियों को बदलना आवश्यक है।

सजातीय बातचीत

एक ही समुच्चय रूप में कुछ यौगिकों के बीच प्रतिक्रिया की दर ली गई पदार्थों की मात्रा पर निर्भर करती है। गणितीय दृष्टिकोण से, एक सजातीय प्रक्रिया की दर और प्रति इकाई समय में एकाग्रता में परिवर्तन के बीच संबंध को व्यक्त करना संभव है।

इस तरह की बातचीत का एक उदाहरण नाइट्रिक ऑक्साइड (2) से नाइट्रिक ऑक्साइड (4) का ऑक्सीकरण है।

विषम प्रक्रियाएं

एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में पदार्थों को शुरू करने के लिए प्रतिक्रिया दर प्रति इकाई क्षेत्र प्रति इकाई समय में प्रारंभिक अभिकर्मकों के मोल की संख्या की विशेषता है।

विषम अंतःक्रियाएं उन प्रणालियों की विशेषता होती हैं जिनकी समग्र अवस्थाएं भिन्न होती हैं।

संक्षेप में, हम ध्यान दें कि प्रतिक्रिया दर प्रारंभिक अभिकर्मकों (प्रतिक्रिया उत्पादों) के मोल्स की संख्या में परिवर्तन को दर्शाती हैसमय की अवधि, प्रति इकाई इंटरफ़ेस या प्रति इकाई आयतन।

एकाग्रता

आइए प्रतिक्रिया दर को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों पर विचार करें। आइए एकाग्रता से शुरू करें। इस तरह की निर्भरता सामूहिक कार्रवाई के कानून द्वारा व्यक्त की जाती है। उन पदार्थों की सांद्रता के उत्पाद के बीच एक सीधा आनुपातिक संबंध है जो बातचीत करते हैं, उनके स्टीरियोकेमिकल गुणांक और प्रतिक्रिया की गति के संदर्भ में लिया जाता है।

समीकरण एए + बीबी=सीसी + डीडी पर विचार करें, जहां ए, बी, सी, डी तरल या गैस हैं। उपरोक्त प्रक्रिया के लिए, गतिज समीकरण को आनुपातिकता गुणांक को ध्यान में रखते हुए लिखा जा सकता है, जिसका प्रत्येक अंतःक्रिया के लिए अपना मूल्य होता है।

गति में वृद्धि के मुख्य कारण के रूप में, प्रति इकाई आयतन में प्रतिक्रियाशील कणों के टकराव की संख्या में वृद्धि देखी जा सकती है।

तापमान

प्रतिक्रिया दर पर तापमान के प्रभाव पर विचार करें। सजातीय प्रणालियों में होने वाली प्रक्रियाएं तभी संभव हैं जब कण टकराते हैं। लेकिन सभी टकराव प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण की ओर नहीं ले जाते हैं। केवल उस स्थिति में जब कणों में ऊर्जा में वृद्धि हो। जब अभिकर्मकों को गर्म किया जाता है, तो कणों की गतिज ऊर्जा में वृद्धि देखी जाती है, सक्रिय अणुओं की संख्या बढ़ जाती है, इसलिए प्रतिक्रिया दर में वृद्धि देखी जाती है। तापमान सूचकांक और प्रक्रिया दर के बीच संबंध वैंट हॉफ नियम द्वारा निर्धारित किया जाता है: प्रत्येक तापमान में 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि से प्रक्रिया दर में 2-4 गुना वृद्धि होती है।

उत्प्रेरक

प्रतिक्रिया दर को प्रभावित करने वाले कारकों को ध्यान में रखते हुए, आइए उन पदार्थों पर ध्यान दें जो प्रक्रिया की गति को बढ़ा सकते हैं, यानी उत्प्रेरक पर। उत्प्रेरक और अभिकारकों के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, कई प्रकार के कटैलिसीस को प्रतिष्ठित किया जाता है:

• सजातीय रूप, जिसमें अभिकारक और उत्प्रेरक की एकत्रीकरण की स्थिति समान होती है;
• विषमलैंगिक जब अभिकारक और उत्प्रेरक एक ही चरण में होते हैं।

निकल, प्लेटिनम, रोडियम, पैलेडियम को ऐसे पदार्थों के उदाहरण के रूप में पहचाना जा सकता है जो अंतःक्रियाओं को गति देते हैं।

अवरोधक वे पदार्थ हैं जो किसी प्रतिक्रिया को धीमा कर देते हैं।

संपर्क क्षेत्र

प्रतिक्रिया की दर और क्या निर्धारित करती है? रसायन विज्ञान को कई वर्गों में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक कुछ प्रक्रियाओं और घटनाओं के विचार से संबंधित है। भौतिक रसायन विज्ञान का कोर्स संपर्क के क्षेत्र और प्रक्रिया की गति के बीच संबंधों की जांच करता है।

अभिकर्मकों के संपर्क क्षेत्र को बढ़ाने के लिए, उन्हें एक निश्चित आकार में कुचल दिया जाता है। विलयनों में सबसे तेज अंतःक्रिया होती है, यही कारण है कि जलीय माध्यम में कई प्रतिक्रियाएं होती हैं।

ठोस को पीसते समय माप का ध्यान रखना चाहिए। उदाहरण के लिए, जब पाइराइट (आयरन सल्फाइट) को धूल में परिवर्तित किया जाता है, तो इसके कणों को एक भट्ठे में पाप किया जाता है, जो इस यौगिक की ऑक्सीकरण प्रक्रिया की दर को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है, और सल्फर डाइऑक्साइड की उपज कम हो जाती है।

अभिकर्मक

आइए यह समझने की कोशिश करते हैं कि किन अभिकर्मकों के परस्पर क्रिया के आधार पर प्रतिक्रिया दर का निर्धारण कैसे किया जाता है? उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन से पहले बेकेटोव विद्युत रासायनिक श्रृंखला में स्थित सक्रिय धातुएं एसिड समाधानों के साथ बातचीत करने में सक्षम होती हैं, और जो एच_{2 के बाद होती हैं, उनमें ऐसी क्षमता नहीं होती है। इस घटना का कारण धातुओं की विभिन्न रासायनिक गतिविधि में निहित है।}

दबाव

प्रतिक्रिया दर इस मान से कैसे संबंधित है? रसायन विज्ञान एक विज्ञान है जो भौतिकी से निकटता से संबंधित है, इसलिए निर्भरता सीधे आनुपातिक है, यह गैस कानूनों द्वारा नियंत्रित होती है। मात्राओं के बीच सीधा संबंध है। और यह समझने के लिए कि कौन सा कानून रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करता है, एकत्रीकरण की स्थिति और अभिकर्मकों की एकाग्रता को जानना आवश्यक है।

रसायन विज्ञान में गति के प्रकार

यह तात्कालिक और औसत मूल्यों को अलग करने के लिए प्रथागत है। रासायनिक अंतःक्रिया की औसत दर को एक समयावधि में अभिकारकों की सांद्रता में अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है।

सांद्रता घटने पर प्राप्त मान ऋणात्मक होता है, और अंतःक्रियात्मक उत्पादों की सांद्रता बढ़ने पर धनात्मक होता है।

सही (तात्कालिक) मान समय की एक निश्चित इकाई में ऐसा अनुपात है।

एसआई प्रणाली में, एक रासायनिक प्रक्रिया की दर में व्यक्त किया जाता है [mol×m^-3×s^-1].

रसायन शास्त्र में समस्या

गति निर्धारण से संबंधित समस्याओं के कुछ उदाहरण देखते हैं।

उदाहरण 1. मेंएक बर्तन में क्लोरीन और हाइड्रोजन मिलाया जाता है, फिर मिश्रण को गर्म किया जाता है। 5 सेकंड के बाद, हाइड्रोजन क्लोराइड की सांद्रता ने 0.05 mol/dm³ का मान प्राप्त कर लिया। हाइड्रोजन क्लोराइड के निर्माण की औसत दर की गणना करें (mol/dm^{3 s).}

बातचीत के 5 सेकंड बाद हाइड्रोजन क्लोराइड की सांद्रता में परिवर्तन को निर्धारित करना आवश्यक है, अंतिम एकाग्रता से प्रारंभिक मूल्य घटाना:

C(HCl)=c2 - c1=0.05 - 0=0.05 mol/dm3।

हाइड्रोजन क्लोराइड के निर्माण की औसत दर की गणना करें:

V=0.05/5=0.010 mol/dm3 ×s.

उदाहरण 2. 3 डीएम के आयतन वाले बर्तन में3, निम्नलिखित प्रक्रिया होती है:

सी₂एच₂ + 2एच₂=सी_{2 एच}6_.

हाइड्रोजन का प्रारंभिक द्रव्यमान 1 ग्राम है। बातचीत शुरू होने के दो सेकंड बाद, हाइड्रोजन के द्रव्यमान ने 0.4 ग्राम का मान प्राप्त कर लिया है। एथेन उत्पादन की औसत दर की गणना करें (mol/dm) 3×s).

प्रतिक्रिया करने वाले हाइड्रोजन के द्रव्यमान को प्रारंभिक मान और अंतिम संख्या के बीच के अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह 1 - 0.4=0.6 (जी) है। हाइड्रोजन के मोल्स की संख्या निर्धारित करने के लिए, इसे किसी दिए गए गैस के दाढ़ द्रव्यमान से विभाजित करना आवश्यक है: n \u003d 0.6/2 \u003d 0.3 mol। समीकरण के अनुसार, हाइड्रोजन के 2 मोल से 1 मोल एथेन बनता है, इसलिए H_{2 के 0.3 मोल से हमें 0.15 मोल एथेन मिलता है।}

परिणामी हाइड्रोकार्बन की सांद्रता निर्धारित करें, हमें 0.05 mol/dm³ प्राप्त होता है। तब आप इसके बनने की औसत दर की गणना कर सकते हैं:=0.025 mol/dm^{3 ×s.}

निष्कर्ष

विभिन्न कारक रासायनिक संपर्क की दर को प्रभावित करते हैं: प्रतिक्रियाशील पदार्थों की प्रकृति (सक्रियण ऊर्जा), उनकी एकाग्रता, उत्प्रेरक की उपस्थिति, पीसने की डिग्री, दबाव, विकिरण का प्रकार।

उन्नीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में, प्रोफेसर एन.एन. बेकेटोव ने सुझाव दिया कि प्रारंभिक अभिकर्मकों के द्रव्यमान और प्रक्रिया की अवधि के बीच एक संबंध है। इस परिकल्पना की पुष्टि 1867 में नॉर्वेजियन केमिस्ट: पी. वेज और के. गुल्डबर्ग द्वारा स्थापित सामूहिक कार्रवाई के कानून में की गई थी।

भौतिक रसायन विज्ञान विभिन्न प्रक्रियाओं के तंत्र और गति का अध्ययन करता है। एक चरण में होने वाली सबसे सरल प्रक्रियाओं को मोनोमोलेक्यूलर प्रक्रिया कहा जाता है। जटिल अंतःक्रियाओं में कई प्रारंभिक अनुक्रमिक अंतःक्रियाएं शामिल होती हैं, इसलिए प्रत्येक चरण को अलग से माना जाता है।

न्यूनतम ऊर्जा लागत के साथ प्रतिक्रिया उत्पादों की अधिकतम उपज प्राप्त करने के लिए, प्रक्रिया के पाठ्यक्रम को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों को ध्यान में रखना महत्वपूर्ण है।

उदाहरण के लिए, पानी के सरल पदार्थों में अपघटन की प्रक्रिया को तेज करने के लिए एक उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है, जिसकी भूमिका मैंगनीज ऑक्साइड (4) द्वारा निभाई जाती है।

रासायनिकों की पसंद से जुड़ी सभी बारीकियों, इष्टतम दबाव और तापमान का चयन, अभिकर्मकों की एकाग्रता को रासायनिक गतिकी में माना जाता है।