हम लगातार विभिन्न रासायनिक अंतःक्रियाओं का सामना कर रहे हैं। प्राकृतिक गैस का दहन, लोहे में जंग लगना, दूध का खट्टा होना उन सभी प्रक्रियाओं से दूर है जिनका अध्ययन स्कूल के रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में विस्तार से किया जाता है।
कुछ प्रतिक्रियाओं में कुछ सेकंड लगते हैं, जबकि कुछ इंटरैक्शन में दिन या सप्ताह लगते हैं।
आइए तापमान, एकाग्रता और अन्य कारकों पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता की पहचान करने का प्रयास करें। नए शैक्षिक मानक में, इस मुद्दे के लिए न्यूनतम अध्ययन समय आवंटित किया गया है। एकीकृत राज्य परीक्षा के परीक्षणों में, तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता, एकाग्रता और यहां तक कि गणना कार्यों की पेशकश की जाती है। हाई स्कूल के कई छात्रों को इन सवालों के जवाब खोजने में कुछ कठिनाइयों का अनुभव होता है, इसलिए हम इस विषय का विस्तार से विश्लेषण करेंगे।
विचाराधीन मुद्दे की प्रासंगिकता
प्रतिक्रिया दर के बारे में जानकारी बहुत व्यावहारिक और वैज्ञानिक महत्व की है। उदाहरण के लिए, किसी दिए गए से पदार्थों और उत्पादों के विशिष्ट उत्पादन मेंमूल्य सीधे उपकरण के प्रदर्शन, माल की लागत पर निर्भर करता है।
चल रही प्रतिक्रियाओं का वर्गीकरण
रासायनिक प्रक्रिया के दौरान बनने वाले प्रारंभिक घटकों और उत्पादों के एकत्रीकरण की स्थिति के बीच सीधा संबंध है: विषम बातचीत।
रसायन शास्त्र में आमतौर पर एक प्रणाली को एक पदार्थ या उनके संयोजन के रूप में समझा जाता है।
एक सजातीय प्रणाली वह है जिसमें एक चरण (एकत्रीकरण की एक ही स्थिति) होती है। उदाहरण के तौर पर, हम गैसों के मिश्रण, कई अलग-अलग तरल पदार्थों का उल्लेख कर सकते हैं।
विषम एक प्रणाली है जिसमें अभिकारक गैसों और तरल पदार्थों, ठोस और गैसों के रूप में होते हैं।
तापमान पर न केवल प्रतिक्रिया दर की निर्भरता है, बल्कि उस चरण पर भी है जिसमें विश्लेषण किए गए इंटरैक्शन में शामिल घटकों का उपयोग किया जाता है।
एक सजातीय रचना को पूरे वॉल्यूम में प्रक्रिया के प्रवाह की विशेषता है, जो इसकी गुणवत्ता में काफी सुधार करता है।
यदि प्रारंभिक पदार्थ विभिन्न अवस्थाओं में हैं, तो इस स्थिति में, चरण सीमा पर अधिकतम अंतःक्रिया देखी जाती है। उदाहरण के लिए, जब एक सक्रिय धातु एक एसिड में घुल जाती है, तो उत्पाद (नमक) का निर्माण उनके संपर्क की सतह पर ही देखा जाता है।
प्रक्रिया की गति और विभिन्न कारकों के बीच गणितीय संबंध
रासायनिक प्रतिक्रिया की दर बनाम तापमान का समीकरण कैसा दिखता है? एक सजातीय प्रक्रिया के लिए, दर राशि द्वारा निर्धारित की जाती हैएक पदार्थ जो समय की प्रति इकाई प्रणाली के आयतन में प्रतिक्रिया के दौरान परस्पर क्रिया करता है या बनता है।
विषम प्रक्रिया के लिए, दर का निर्धारण किसी पदार्थ की उस मात्रा के आधार पर किया जाता है जो न्यूनतम अवधि के लिए प्रति इकाई क्षेत्र में प्रक्रिया में प्रतिक्रिया करता है या उत्पादित होता है।
रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारक
अभिकारक पदार्थों की प्रकृति प्रक्रियाओं की विभिन्न दरों के कारणों में से एक है। उदाहरण के लिए, क्षार धातुएं कमरे के तापमान पर पानी के साथ क्षार बनाती हैं, और इस प्रक्रिया के साथ गैसीय हाइड्रोजन का तीव्र विकास होता है। महान धातुएं (सोना, प्लेटिनम, चांदी) कमरे के तापमान पर या गर्म होने पर ऐसी प्रक्रियाओं में सक्षम नहीं हैं।
अभिकारकों की प्रकृति एक ऐसा कारक है जिसे उत्पादन की लाभप्रदता बढ़ाने के लिए रासायनिक उद्योग में ध्यान में रखा जाता है।
अभिकर्मकों की सांद्रता और रासायनिक प्रतिक्रिया की गति के बीच संबंध का पता चला है। यह जितना ऊंचा होगा, उतने ही अधिक कण आपस में टकराएंगे, इसलिए प्रक्रिया तेजी से आगे बढ़ेगी।
गणितीय रूप में द्रव्यमान की क्रिया का नियम प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता और प्रक्रिया की गति के बीच सीधे आनुपातिक संबंध का वर्णन करता है।
यह उन्नीसवीं शताब्दी के मध्य में रूसी रसायनज्ञ एन.एन. बेकेटोव द्वारा तैयार किया गया था। प्रत्येक प्रक्रिया के लिए, एक प्रतिक्रिया स्थिरांक निर्धारित किया जाता है, जो तापमान, एकाग्रता या अभिकारकों की प्रकृति से संबंधित नहीं है।
तोएक ठोस युक्त प्रतिक्रिया को तेज करने के लिए, आपको इसे एक पाउडर में पीसने की जरूरत है।
इस स्थिति में, सतह का क्षेत्रफल बढ़ जाता है, जिसका सकारात्मक प्रभाव प्रक्रिया की गति पर पड़ता है। डीजल ईंधन के लिए, एक विशेष इंजेक्शन प्रणाली का उपयोग किया जाता है, जिसके कारण, जब यह हवा के संपर्क में आता है, तो हाइड्रोकार्बन के मिश्रण के दहन की दर काफी बढ़ जाती है।
हीटिंग
तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को आणविक गतिज सिद्धांत द्वारा समझाया गया है। यह आपको कुछ शर्तों के तहत अभिकर्मकों के अणुओं के बीच टकराव की संख्या की गणना करने की अनुमति देता है। ऐसी जानकारी से लैस, सामान्य परिस्थितियों में, सभी प्रक्रियाओं को तुरंत आगे बढ़ना चाहिए।
लेकिन अगर हम तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता के एक विशिष्ट उदाहरण पर विचार करते हैं, तो यह पता चलता है कि बातचीत के लिए पहले परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधनों को तोड़ना आवश्यक है ताकि उनसे नए पदार्थ बन सकें। इसके लिए महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता क्या है? सक्रियण ऊर्जा अणुओं के टूटने की संभावना को निर्धारित करती है, यह प्रक्रियाओं की वास्तविकता की विशेषता है। इसकी इकाइयाँ kJ/mol हैं।
यदि ऊर्जा अपर्याप्त है, तो टक्कर अप्रभावी होगी, इसलिए यह एक नए अणु के गठन के साथ नहीं है।
ग्राफिक प्रतिनिधित्व
तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को ग्राफिक रूप से दर्शाया जा सकता है। गर्म होने पर, कणों के बीच टकराव की संख्या बढ़ जाती है, जो अंतःक्रिया के त्वरण में योगदान करती है।
प्रतिक्रिया दर बनाम तापमान ग्राफ कैसा दिखता है? अणुओं की ऊर्जा क्षैतिज रूप से प्लॉट की जाती है, और उच्च ऊर्जा आरक्षित वाले कणों की संख्या लंबवत रूप से इंगित की जाती है। ग्राफ़ एक वक्र है जिसका उपयोग किसी विशेष इंटरैक्शन की गति को आंकने के लिए किया जा सकता है।
औसत से ऊर्जा अंतर जितना अधिक होगा, वक्र का बिंदु अधिकतम से उतना ही दूर होगा, और अणुओं के एक छोटे प्रतिशत में ऐसा ऊर्जा आरक्षित होगा।
महत्वपूर्ण पहलू
क्या तापमान पर स्थिर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता के लिए एक समीकरण लिखना संभव है? इसकी वृद्धि प्रक्रिया की गति में वृद्धि में परिलक्षित होती है। इस तरह की निर्भरता को एक निश्चित मूल्य की विशेषता होती है, जिसे प्रक्रिया दर का तापमान गुणांक कहा जाता है।
किसी भी अन्योन्यक्रिया के लिए तापमान पर स्थिर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता का पता चला है। यदि इसे 10 डिग्री बढ़ा दिया जाए, तो प्रक्रिया की गति 2-4 गुना बढ़ जाती है।
तापमान पर समांगी अभिक्रियाओं की दर की निर्भरता को गणितीय रूप में दर्शाया जा सकता है।
कमरे के तापमान पर अधिकांश इंटरैक्शन के लिए, गुणांक 2 से 4 के बीच होता है। उदाहरण के लिए, 2.9 के तापमान गुणांक के साथ, तापमान में 100 डिग्री की वृद्धि प्रक्रिया को लगभग 50,000 गुना तेज कर देती है।
तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता को सक्रियण ऊर्जा के विभिन्न मूल्यों द्वारा आसानी से समझाया जा सकता है। आयनिक प्रक्रियाओं के दौरान इसका न्यूनतम मूल्य होता है, जो केवल धनायनों और आयनों की परस्पर क्रिया से निर्धारित होता है। कई प्रयोग ऐसी प्रतिक्रियाओं की तात्कालिक घटना की गवाही देते हैं।
जब सक्रियण ऊर्जा अधिक होती है, तो कणों के बीच केवल कम संख्या में टकराव से बातचीत का कार्यान्वयन होगा। औसत सक्रियण ऊर्जा के साथ, अभिकारक औसत गति से परस्पर क्रिया करेंगे।
एकाग्रता और तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता पर असाइनमेंट केवल शिक्षा के वरिष्ठ स्तर पर माना जाता है, जो अक्सर बच्चों के लिए गंभीर कठिनाइयों का कारण बनता है।
एक प्रक्रिया की गति को मापना
जिन प्रक्रियाओं के लिए एक महत्वपूर्ण सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, उनमें मूल पदार्थों में परमाणुओं के बीच के बंधनों का प्रारंभिक टूटना या कमजोर होना शामिल है। इस मामले में, वे एक निश्चित मध्यवर्ती अवस्था में चले जाते हैं, जिसे सक्रिय परिसर कहा जाता है। यह एक अस्थिर अवस्था है, बल्कि जल्दी से प्रतिक्रिया उत्पादों में बदल जाती है, प्रक्रिया अतिरिक्त ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है।
अपने सरलतम रूप में, एक सक्रिय परिसर कमजोर पुराने बंधों के साथ परमाणुओं का विन्यास है।
अवरोधक और उत्प्रेरक
आइए मध्यम तापमान पर एंजाइमी प्रतिक्रिया दर की निर्भरता का विश्लेषण करें। ऐसे पदार्थ त्वरक के रूप में कार्य करते हैंप्रक्रिया।
वे स्वयं बातचीत में भाग नहीं लेते हैं, प्रक्रिया पूरी होने के बाद उनकी संख्या अपरिवर्तित रहती है। यदि उत्प्रेरक प्रतिक्रिया दर बढ़ाते हैं, तो अवरोधक, इसके विपरीत, इस प्रक्रिया को धीमा कर देते हैं।
इसका सार मध्यवर्ती यौगिकों का निर्माण है, जिसके परिणामस्वरूप प्रक्रिया की गति में परिवर्तन देखा जाता है।
निष्कर्ष
दुनिया में हर मिनट विभिन्न रासायनिक अंतःक्रियाएं होती हैं। तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता कैसे स्थापित करें? अरहेनियस समीकरण दर स्थिरांक और तापमान के बीच संबंध की गणितीय व्याख्या है। यह सक्रियण ऊर्जा के उन मूल्यों का अंदाजा देता है जिन पर अणुओं में परमाणुओं के बीच के बंधनों का विनाश या कमजोर होना, कणों का नए रसायनों में वितरण संभव है।
आणविक-गतिज सिद्धांत के लिए धन्यवाद, प्रक्रिया की दर की गणना करने के लिए, प्रारंभिक घटकों के बीच बातचीत की संभावना की भविष्यवाणी करना संभव है। उन कारकों में जो प्रतिक्रिया दर को प्रभावित करते हैं, विशेष महत्व के तापमान सूचकांक में परिवर्तन, बातचीत करने वाले पदार्थों की प्रतिशत एकाग्रता, संपर्क सतह क्षेत्र, उत्प्रेरक (अवरोधक) की उपस्थिति, साथ ही साथ बातचीत करने वाले घटकों की प्रकृति.
